Реферат по предмету "Химия"


Получение серной кислоты

министерствообразования и науки ркреферат.  На тему: «получение серной кислоты»










Выполнил:  _________________________________

Проверила: _________________________________








Алматы 2007. Содержание:I.            свойства
взаимодействия с Ме

взаимодействие с неМе
взаимодействие с основными оксидами и основаниями

взаимодействие с солями
взаимодействие с водой

диссоциация кислоты

II.          
1.     контактныйспособ.

2.     нитрозныйспособ.

Серная кислота.
1.Свойства.
                                                                                                                                                                                          
Сернаякислота представляет собой бесцветную вязкую жидкость, плотность 1,83 г/мл (20º). Температура плавления серной кислоты составляет10,3ºС, температура кипения 269,2º.
          Химические свойства серной кислоты вомногом  зависят от ее концентрации. Влабораториях и промышленности применяют разбавленную и концентрированную сернуюкислоту, хотя это деление условно (четкую границу между ними провести нельзя).
 2. Взаимодействиес металлами.
        
 Разбавленная серная кислота взаимодействует снекоторыми металлами, например с железом, цинком, магнием, с выделениемводорода:
Fe+H2SO4=FeSO4+H2
Некоторые малоактивные металлы, такие как медь,серебро, золото, с разбавленной серной кислотой не реагируют.
         Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Онаокисляет многие металлы. Продуктами восстановления кислоты обычно являютсяоксиды серы (IV), сероводород и сера (Н2S и S образуются в реакциях кислоты сактивными металлами – магнием, кальцием, натрием, калием и др.). Примерыреакций:
Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2+2H2O
         Mg+2H2SO4=MgSO4+SO2+2H2O  или
4Mg+5H2SO4=4MgSO4+H2S+4H2O
          Серная кислота высокой концентрации (практически безводная) невзаимодействует с железом в результате пассивации металла. Явлениепассивации связано с образованием на поверхности металла прочной сплошнойпленки, состоящей из оксидов или других соединений, которые препятствуютконтакту металла с кислотой. Благодоря пассивации можно хранить и перевозитьконцентрированную серную кислоту в стальной таре. Концентрированная сернаякислота пассивирует также аллюминий, никель, хром, титан.
         
3.    Взаимодействие с неметаллами.
         Концентрированная серная кислота может окислять неметаллы, например:
S+2H2SO4=3SO2+2H2O
Окислительные свойства концентрированной серной кислоты могут проявляться в реакциях снекоторыми сложными веществами – востановителями, например:
2KBr+2H2SO4=Br2+SO2+K2SO4+2H2O
4.           Взаимодействия с основными оксидами иоснованиями.
          Сернаякислота проявляет все типичные свойства кислот. Так, она реагирует с основнымиамфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей. Как двухосновнаякислота H2SO4образует два типа солей: средниесоли – сульфаты и кислые соли – гидросульфаты. Примеры реакций:
Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3Н2О
сульфат алюминия
2КОН+Н2SO4=K2SO4+2H2O
сульфат калия
КОН+Н2SO+=KHSO4+H2O
гидросульфат калия
         Гидросульфаты образуются, когда кислота берется в избытке.
          Многие соли серной кислоты выделяютсяиз растворов в виде кристаллогидратов, например: Al2(SO4)3,18Н2О, Na2SО4,10Н2О
5. Взаимодействие с солями.
          Снекоторыми солями серная кислота вступает в реакции обмена, например:
СаСО3+Н2SO4=CaSO4‌‌+СО2↑+Н2О
ВаСl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl
Последняя реакция является качественной на сернуюкислоту и ее соли: об их присутствии в растворе судят по образованию белогоосадка ВаSO4, который практически не растворяется в концентрированой азотнойкислоте.
6. Взаимодействие с водой.
           Прирастворении в воде серная кислота активно взаимодействует с ней, образуягидраты:
nH2O+H2SO4=H2SO4·nH2O
Благодоря способности связывать воду, серная кислотаявляется хорошим осушителем.
          Многие органические вещества, содержащие водород и кислород (бумага,древесина, ткани, сахара), при дествии серной кислоты обугливаются в результатесвязывания кислотой воды. Например: процесс обугливания сахара С12Н22О11можно описать следующимуравнением:
nC12H22O11+H2SO4=12nC
 7. Диссоциация кислоты.
            Вводных растворах серная кислота диссоциирует на ионы
  В  водном растворе серная кислота является оченьсильной- она диссоциирует практически полностью по обоим ступеням. Безводнаясерная кислота диссоциирует в незначительной степени, т.к. является слабой.
 
Производство сернойкислоты.
 
Контактный способ.
Разберёмпроизводство серной кислоты из пирита FeS2.
1)Измельчение пирита.
Перед использованиембольшие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что приизмельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадьповерхности соприкосновения реагирующих веществ.
2)Очистка пирита.
Послеизмельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и земли) методомфлотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают,пустая порода всплывает наверх, затем пустую породу удаляют.
















ПЕРВАЯ СТАДИЯ — обжиг пирита в печидля обжига в «кипящем слое».
Уравнение реакции первой стадии
t =800°C
4FeS2+ 11O2 =2Fe2O3 + 8SO2 + Q

Измельчённыйочищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в«кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух,обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи дляобжига достигает 800°С. Пирит раскаляется до красна и находится в«подвешенном состоянии» из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже этовсё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета.
Засчёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура впечи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы сводой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центральногоотопления рядом стоящих помещений.
Образовавшийсяоксид железа Fe2O3 (огарок) в производстве серной кислотыне используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, накотором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом — сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве).
Такимобразом выполняется принцип химического производства — безотходностьпроизводства.

Изпечи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, парыводы (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такойпечной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.
Очисткапечного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа — в циклоне(используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенкициклона и ссыпаются вниз) и в электрофильтрах (используется электростатическоепритяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинамэлектрофильтра,
придостаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), дляудаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют сернуюконцентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, посколькупоглощает воду.
Осушкупечного газа проводят в сушильной башне — снизу вверх поднимается печной газ, асверху вниз льётся концентрированная серная кислота. На выходе из сушильной 2 и кислорода О2.
 
 
 
                          ВТОРАЯ СТАДИЯ — окисление SO2 в SO3кислородом.
Протекает в контактном аппарате.
Уравнение реакции этой стадии: 2SO2 + O23+ Q
Сложностьвторой стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другойявляется обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протеканияпрямой реакции (получения SO3).

Прямаяреакция является экзотермической +Q,
Согласноправилам по смещению химического равновесия, для того,
Чтобысместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции,
температурув систему необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких
температурах,скорость реакции существенно падает. Экспериментальным
путемхимики-технологи, что оптимальной температурой для протекания
прямойреакции с максимальным образованием SO3 является температура
400-500°С.Это достаточно низкая температура в химических производствах.
Длятого чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре
вреакцию вводят катализатор. Экспериментальным путем выяснили,
чтонаилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия  V2O5
б)давление:
Прямаяреакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO2и 1V O2), а справа — 2V SO3. Раз прямая реакция протекаетс уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химическогоравновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят приповышенном давлении.
Преждечем смесь SO2 и O2 попадёт в контактный аппарат, еёнеобходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается втеплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходитмежду трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубокпроходит горячий SO3 из контактного аппарата. Попадая в контактныйаппарат смесь SO2 и О2 продолжает нагреваться до нужнойтемпературы, проходя между трубками в контактном аппарате.
Температура400-500°С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты вреакции превращения SO2 в SO3. Как только смесь оксидасеры и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2в SO3.
Образовавшийсяоксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменникпопадает в поглотительную башню.
 
 
 
ТРЕТЬЯ СТАДИЯ — поглощение SO3серной кислотой.

                     Протекает в поглотительной башне.
Апочему оксид серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксидсеры растворить в воде: SO3 + H2O 2SO4.Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду,образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелексерной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количестватеплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается впар). Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды — это так мало, чтонагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошорастворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3.
Уравнениереакции этого процесса nSO3 + H2SO4 2SO4·nSO3
Образовавшийсяолеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумомзаполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
         

Нитрозный способ.
 
Нитрозныйметод получения H2SO4 был впервые применён в середине XVIII века. До20-х годов  текущего века процессполучения серной кислоты нитрозным методом проводился в больших свинцовыхкамерах (камерный метод). Теперь он осуществляется в специальных  башнях (башенный способ). Получаемая побашенному способу кислота, как правило, содержит 76 % H2SO4 и несколько загрязненаразличными примесями. Основным потребителем этой кислоты являетсяпромышленность минеральных удобрений.
 Башни выкладываются из кислотоупорныхкерамических плит с наружным кожухом из листовой стали. Внутри они неплотнозаполнены насадкой из кислотоупорной керамики.
На первой стадии, одинаковой для обоих методов, получают сернистыйангидрит CO2.Исходным сырьём может быть, в принципе, любое вещество, содержащее серу:природные сульфиды железа (прежде всего, пирит FeS2), а также сульфиды медии никеля, сульфидные полиметаллические руды, гипс CaSO4.2H2Oиэлементарные сера. Всё больше и больше используют газы, которые выделяются припереработке и сжигании горючих ископаемых (угля, нефти), содержащих соединениясеры.
Полученный SO2окисляют до H2SO4, используетсядля этого в нитрозном методе используется окислы азота. С этой стадии обаметода отличаются друг от друга.
В специальной окислительной башне 3 смешивают окись азота NO и NO2 с воздухом в такомсоотношении, чтобы половина имеющихся NOи NO2.
2NO+ O2 ® 2NO2
В результате газовая смесь содержит равные NOи NO2. Она подаётсяв башни 4 и 5, орошаемые 75% — ной серной кислотой; здесь смесь окислов азотапоглощается с образованием нитрозиллерной кислоты:
NO + NO2+ 2H2SO4 ®2NO(HSO4) + H2O
Раствор нитрозиллерной кислоты в серной кислоте, называемый нитрозой,орошает башни 1 и 2, куда противотоком поступает SO2 и добавляется вода. Врезультате гидролиза нитрозиллерной кислоты образуется азотная кислота:
NO(HSO4) + H2O®H2SO4 + HNO2
Она — то и окисляет SO2по уравнению:
SO2+ 2HNO2®H2SO4 + 2NO
В нижней части башен 1 и 2 накапливается 76% серная кислота,естественно, в большем количестве, чем её было затрачено на приготовлениенитрозы (ведь добавляется «новорождённая» серная кислота). Окись азота NO возвращается снова наокисление. Поскольку некоторое количество её меряется с выхлопными газами,приходится добавлять в систему HNO3,служащую источником окислов азота.
Недостаток башенного метода состоит в том, что полученная сернаякислота имеет концентрацию лишь 76% (при большей концентрации плохо идётгидролиз нитрозиллерной кислоты). Концентрирование же серной кислотыупариванием представляет дополнительную трудность. Преимущество этого метода втом, что примеси содержащиеся в SO2,не влияют на ход процесса, так что исходный SO2 достаточно очистить от пыли, т.е. механическихзагрязнений. Естественно, башенная серная кислота бывает недостаточно чистой,что ограничивает её применение.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.