Соединения серы
Сероводород и сульфиды. Сероводород H2S — бесцветный газ с резким запахом. Очень ядовит, вызывает отравление даже при незначительном содержании в воздухе (около 0,01%). Сероводород тем более опасен, что он может накапливаться в организме. Он соединяется с железомгемоглобина крови, что может привести к обморочному состоянию и смерти от кислородного голодания. В присутствии паров органических веществ токсичность HgS резко возрастает.
Вместе с тем H2S имеет лечебное значение, он является составной частью некоторых минеральных вод (Пятигорск, Сер-новодск, Мацеста).
Сероводород содержится в вулканических газах и постоянно образуется на дне Черного моря. До верхних слоев сероводород не доходит, так как на глубине 150 м взаимодействует с проникающим сверху кислородом и окисляется им до серы. Сероводород образуется при гниении белка, поэтому, например, тухлые яйца пахнут сероводородом.
При растворении сероводорода с воде образуется слабая сероводородная кислота, соли которой называются сульфидами. Сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов, а также сульфид аммония хорошо растворяются в воде, сульфиды остальных металлов нерастворимы и окрашены в различные цвета, например ZnS — белый, PbS — черный, MnS — розовый.
Сероводород горит. При охлаждении пламени (внесении в него холодных предметов) осаждается свободная сера:
2H2S + 02 = 2НгО + 2Si
Если же пламя не охлаждать и обеспечить избыток кислорода, то получается оксид серы(1У):
2H2S + 302 = 2Н2О + 2SО2
Вместе с тем H2S имеет лечебное значение, он является составной частью некоторых минеральных вод (Пятигорск, Сер-новодск, Мацеста).
Сероводород содержится в вулканических газах и постоянно образуется на дне Черного моря. До верхних слоев сероводород не доходит, так как на глубине 150 м взаимодействует с проникающим сверху кислородом и окисляется им до серы. Сероводород образуется при гниении белка, поэтому, например, тухлые яйца пахнут сероводородом.
При растворении сероводорода с воде образуется слабая сероводородная кислота, соли которой называются сульфидами. Сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов, а также сульфид аммония хорошо растворяются в воде, сульфиды остальных металлов нерастворимы и окрашены в различные цвета, например ZnS — белый, PbS — черный, MnS — розовый.
Сероводород горит. При охлаждении пламени (внесении в него холодных предметов) осаждается свободная сера:
2H2S + 02 = 2НгО + 2Si
Если же пламя не охлаждать и обеспечить избыток кислорода, то получается оксид серы(1У):
2H2S + 302 = 2Н2О + 2SО2
Химические свойства серной кислоты в значительной степени зависят от ее концентрации.
Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства кислот: взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с выделением Н2, с оксидами металлов (основными и амфотерными), с основаниями и солями. Поскольку серная кислота двухосновна, она образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, например NaHS04.
Реактивом на серную кислоту и ее соли является хлорид бария ВаС12; сульфат-ионы SO с ионами Ва 2+ образуют белый нерастворимый сульфат бария, выпадающий в осадок:
Ва2+ + SO = BaS04
Концентрированная серная кислота по свойствам сильно отличается от разбавленной кислоты. Так, при взаимодействии концентрированной Н^С^ с металлами водород не выделяется, поскольку окислителем выступают уже не катионы водорода Н+, как в случае разбавленной кислоты, а сульфат-ионы S0|~. С металлами, стоящими правее водорода в ряду напряжений (медью, ртутью и др.), реакция протекает следующим образом:
Си + 2H2S04(KOH4) = CuS04 + S02+ 2Н20
Процессы окисления и восстановления, происходящие при этом, можно записать так:
При взаимодействии с металлами, находящимися в ряду напряжений до водорода, концентрированная H2S04 восстанавливается до S, S02 или H2S в зависимости от положения металла в ряду напряжений и условий протекания реакции, например:
4Zn + 5H2S04(KOH4) = 4ZnS04 + H2St + 4НгО
Теперь вам понятно, что с H2S04(KOH) взаимодействуют металлы, стоящие в ряду напряжений как до водорода, так и после него. При этом водород не образуется, так как окислителем в такой реакции являются не катионы водорода Н+, как у разбавленной кислоты, а сульфат-ионы S0.
Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства кислот: взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с выделением Н2, с оксидами металлов (основными и амфотерными), с основаниями и солями. Поскольку серная кислота двухосновна, она образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, например NaHS04.
Реактивом на серную кислоту и ее соли является хлорид бария ВаС12; сульфат-ионы SO с ионами Ва 2+ образуют белый нерастворимый сульфат бария, выпадающий в осадок:
Ва2+ + SO = BaS04
Концентрированная серная кислота по свойствам сильно отличается от разбавленной кислоты. Так, при взаимодействии концентрированной Н^С^ с металлами водород не выделяется, поскольку окислителем выступают уже не катионы водорода Н+, как в случае разбавленной кислоты, а сульфат-ионы S0|~. С металлами, стоящими правее водорода в ряду напряжений (медью, ртутью и др.), реакция протекает следующим образом:
Си + 2H2S04(KOH4) = CuS04 + S02+ 2Н20
Процессы окисления и восстановления, происходящие при этом, можно записать так:
При взаимодействии с металлами, находящимися в ряду напряжений до водорода, концентрированная H2S04 восстанавливается до S, S02 или H2S в зависимости от положения металла в ряду напряжений и условий протекания реакции, например:
4Zn + 5H2S04(KOH4) = 4ZnS04 + H2St + 4НгО
Теперь вам понятно, что с H2S04(KOH) взаимодействуют металлы, стоящие в ряду напряжений как до водорода, так и после него. При этом водород не образуется, так как окислителем в такой реакции являются не катионы водорода Н+, как у разбавленной кислоты, а сульфат-ионы S0.
Железо и алюминий пассивируются концентрированной серной кислотой, т. е. покрываются защитной пленкой, поэтому концентрированную кислоту можно перевозить в стальных и алюминиевых цистернах.
Будучи нелетучей сильной кислотой, Н2SO4(конц) способна вытеснять другие кислоты из их солей. Вы уже знаете такую реакцию, например получение хлороводорода:
2NаС1 + Н28O4(конц) = Nа2S04 + 2НСl
Серная кислота — один из важнейших продуктов, используемых в различных отраслях промышленности. Основными ее потребителями являются производство минеральных удобрений, металлургия, очистка нефтепродуктов. Серная кислота применяется также в производстве других кислот, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарств, красок, в качестве электролита для свинцовых аккумуляторов (рис. 25).
Будучи нелетучей сильной кислотой, Н2SO4(конц) способна вытеснять другие кислоты из их солей. Вы уже знаете такую реакцию, например получение хлороводорода:
2NаС1 + Н28O4(конц) = Nа2S04 + 2НСl
Серная кислота — один из важнейших продуктов, используемых в различных отраслях промышленности. Основными ее потребителями являются производство минеральных удобрений, металлургия, очистка нефтепродуктов. Серная кислота применяется также в производстве других кислот, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарств, красок, в качестве электролита для свинцовых аккумуляторов (рис. 25).
Из солей серной кислоты наибольшее значение имеют уже известные вам кристаллический сульфат натрия, или глауберова соль Na2SO4 • 10Н20, гипс СаSO4 • 2Н2О и сульфат бария ВаSO4 (где они применяются?).
Медный купорос СuS04 • 5Н2О используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений.
Производство серной кислоты. Получают серную кислоту в три стадии:
1. Получение SO2. В качестве сырья применяют серу, колчедан или сероводород.
2. Получение SO3. Этот процесс вам уже известен — окисление кислородом проводят с помощью катализатора.
3. Получение Н2SO4. А вот здесь, в отличие от известной вам реакции, описываемой уравнением SO3 + Н2O - Н2SO4, процесс растворения оксида серы(VI) проводят не в воде, а в концентрированной серной кислоте, при этом получается знакомый вам олеум.
Химические процессы производства серной кислоты можно представить в виде следующей схемы:
Схема производства серной кислоты представлена на рисунке 26.
Первую стадию проводят в печи для обжига в кипящем слое, так как обжиг колчедана — процесс гетерогенный. Перед обжигом колчедан размалывают и подают в печь ленточными транспортерами. В обжиговой печи через размолотый колчедан пропускают сильную струю воздуха. Частицы колчедана оказываются во взвешенном состоянии, создавая иллюзию кипящей жидкости, что и дало название — метод кипящего слоя.
Полученный оксид серы(IV) направляют на очистку от крупной пыли в циклон, от мелкой пыли — в электрофильтр, затем осушают в сушильной башне, промывая его серной кислотой. После этого очищенный и осушенный газ подогревают в теплообменнике.
Медный купорос СuS04 • 5Н2О используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений.
Производство серной кислоты. Получают серную кислоту в три стадии:
1. Получение SO2. В качестве сырья применяют серу, колчедан или сероводород.
2. Получение SO3. Этот процесс вам уже известен — окисление кислородом проводят с помощью катализатора.
3. Получение Н2SO4. А вот здесь, в отличие от известной вам реакции, описываемой уравнением SO3 + Н2O - Н2SO4, процесс растворения оксида серы(VI) проводят не в воде, а в концентрированной серной кислоте, при этом получается знакомый вам олеум.
Химические процессы производства серной кислоты можно представить в виде следующей схемы:
Схема производства серной кислоты представлена на рисунке 26.
Первую стадию проводят в печи для обжига в кипящем слое, так как обжиг колчедана — процесс гетерогенный. Перед обжигом колчедан размалывают и подают в печь ленточными транспортерами. В обжиговой печи через размолотый колчедан пропускают сильную струю воздуха. Частицы колчедана оказываются во взвешенном состоянии, создавая иллюзию кипящей жидкости, что и дало название — метод кипящего слоя.
Полученный оксид серы(IV) направляют на очистку от крупной пыли в циклон, от мелкой пыли — в электрофильтр, затем осушают в сушильной башне, промывая его серной кислотой. После этого очищенный и осушенный газ подогревают в теплообменнике.
Вторую стадию — получение SO3 — проводят в контактном аппарате. В нем на специальных полочках-решетках размещают слоями катализатор, созданный на основе оксида ванадия(V) — V2O5. Между слоями катализатора располагают трубки теплообменника, по которым подается обжиговый газ для подогрева. При этом одновременно решается проблема нагревания SO2 и охлаждения до необходимой температуры SO3. Такой принцип — принцип теплообмена широко применяется на химическом производстве. Выходящий из контактного аппарата газ направляется в трубки теплообменника для дальнейшего охлаждения и передачи теплоты очищенному и осушенному SO2.
Для третьей стадии — поглощения SO3 — воду не применяют, так как из-за выделяющейся теплоты вода превращается в пар и серная кислота образуется в виде капелек тумана. Поэтому SO3 в поглотительной башне растворяют в концентрированной серной кислоте. Поглощение SO3 серной кислотой — процесс гетерогенный, и для создания большей поверхности соприкосновения поглотительную башню заполняют кольцами из огнеупорной керамики. Кислота, стекая сверху, омывает большое число колец (принцип противотока), создавая тем самым большую площадь соприкосновения с SO3. Полученный олеум направляется на склад готовой продукции.
Производство серной кислоты создает немало экологических проблем. Выбросы и отходы сернокислотных заводов вызывают крайне негативное воздействие на окружающую среду: увеличение заболеваний дыхательной системы у человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, повышение коррозионного износа материалов, разрушение сооружений из известняка и мрамора, закисление почв и др.
Комментариев нет:
Отправить комментарий