Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 10 клас>> Застосування сульфатної кислоти і сульфатів

Сульфатна кислота є важливим продуктом хімічної промисловості. Вона у великих кількостях застосовується у виробництві мінеральних добрив, волокон, пластмас, барвників, вибухових речовин, у металургії в процесі добування міді, нікелю, урану та інших металів. Використовується також як осушувач газів.

Серед сульфатів велике практичне значення мають мідний і залізний купороси СuS0₄ • 5Н₂0 і FeS0₄ • 7Н₂0. Вони використовуються в сільському господарстві для боротьби із шкідниками рослин, у виробництві фарб, для просочення деревини як антисептичний засіб.

Купороси — технічна назва кристалогідратів сульфатів деяких важких металів (міді, заліза, цинку, нікелю), тобто це солі, кристали яких містять кристалізаційну воду.

Гіпс СаS0₄ • 2Н₂0 і сульфат кальцію СаS0₄ використовують у будівництві, медицині та інших галузях.

Сульфат натрію Na₂S0₄ застосовують у виробництві скла. Він входить до складу природною мінералу Nа₂S0₄ • 10Н₂О глауберової солі, яка використовується в медицині як проносний засіб.

Сульфати калію К₂S0₄ і амонію (NН₄)₂S0₄ використовують як добрива.

Сульфат барію ВаS0₄ застосовують у виробництві паперу, гуми та білої мінеральної фарби, а також у медицині для рентгеноскопії шлунку («Барієва каша».

Найбільш сучасний спосіб добування сульфатної кислоти у промисловості — це контактний. Як сировина використовується пірит FeS₂ (залізний, або сірчаний, колчедан.

Перша стадія процесу — випалювання колчедану і добування діоксиду сульфуру:

4FeS₂ + 11О₂ = 2Fe₂0₃ + 8S0₂↑;   ΔH= -13476 кДж.

Цей процес відбувається у колчеданних печах, з яких виходить випалювальний газ. Він містить, окрім діоксиду сульфуру S0₂, ще кисень, азот, водяну пару та інші домшки. Його очищають, висушують і подають на другу стадію виробництва у контактний апарат.

Друга стадія — окиснення діоксиду сульфуру і добування триоксиду сульфуру:

                  _V2O5

2S0₂ + 0₂ ⇔2SО₃     ΔH = -197,9 кДж.

Окиснення відбувається в контактному апараті за наявності каталізатора і високої температури.

Але ви можете запитати, навіщо тут висока температура, якщо реакція екзотермічна. Адже ми знаємо, що згідно з принципом Ле Шательє зміщенню рівноваги у бік утворення S0₃ сприятимуть низька температура і високий тиск.

Це справедливо, але річ у тім, що високий тиск застосувати майже неможливо, бо S0₂ одразу перейде у рідкий стан. І  низькі  температури  використати  не можна,  бо швидкість реакції буде надто малою. Тому й застосовують каталізатор V₂0₅, щоб пришвидшити процес, а каталізатор сам стає активним лише при 450 °С. Ось чому, незважаючи на екзотермічність реакції, використовують ще додаткове нагрівання. Теплоту, яка виділяється під час реакції, відводять і використовують для нагрівання випалювального газу, який встигає охолонути, проходячи складну систему очисних споруд перед надходженням у контактний апарат (див. схему виробництва сульфатної кислоти на вклейці).   

Отже, процес окиснення S0₂ в S0₃ здійснюється склад но, бо ця реакція оборотна й екзотермічна. Умови її здійснення  визначаються  в  основному згідно  з  принципом Ле Шательє.     

Сформулюйте принцип Ле Шательє так, як ви його розумієте. Яких умов окиснення S0₂ в S0₃ слід додержувати, щоб збільшити вихід триоксиду сульфуру? Обгрунтуйте ці умови.

Третя стадія виробництва — поглинання  триоксиду сульфуру утворення сульфатної кислоти H₂S0₄.

Добутий у контактному апараті триоксид сульфуру S0₃ надходить у поглинальну башту — абсорбер, де поглинається концентрованою сульфатною кислотою (масова частка H₂S0₄ 96—98 %). В абсорбері S0₃ взаємодіє з водою, що міститься у концентрованому розчині сульфатної кислоти, утворюючи безводну, 100 %-ву сульфатну кислоту, яка надається моногідратом:

S0₃ + Н₂0 = H₂S0₄;     ΔH = -130,6 кДж

Чистою водою поглинати триоксид сульфуру S0₃ не можна, оскільки утворюється дуже стійкий «туман» з дрібних крапель сульфатної кислоти, який погано конденсується.

Кінцевий продукт виробництва — олеум (розчин S0₃ у моногідраті). Його розбавляють водою до сульфатної кислоти потрібної концентрації.

Мал. 1. Виробництво сульфатної кислоти

Поясніть, як можна, виходячи з концентрованої сульфатної кислоти, дістати її розбавлений розчин. Обґрунтуйте дії, необхідні при цьому.

Охорона праці та навколишнього середовища у виробництві сульфатної кислоти

Захист біосфери від забруднення викидами хімічних виробництв — найважливіша проблема сучасності. У виробництві сульфатної кислоти можуть бути втрати якоїсь кількості діоксиду S0₂ і триоксиду сульфуру S0₃ та викидання їх в атмосферу, що спричинює кислотні дощі. Вони сприяють підвищенню кислотності ґрунтів і зниженню врожаїв, збільшенню кислотності водойм і загибелі його мешканців. Кислотні дощі спричинюють корозію металів, руйнують лакофарбові покриття. Під їх згубною дією руйнуються будівельні матеріали, пам'ятники архітектури.

Щоб запобігти утворенню кислотних дощів і забезпечити охорону здоров'я працівників, намагаються не допускати викидання оксиду сульфуру (ІV) S0₂ в атмосферу і в цехи заводу. З  цією  метою  своєчасно  ремонтують  апаратуру, встановлюють фільтри, поглиначі, вентиляцію, суворо додержують технологічного режиму, використовують засоби індивідуального захисту працівників, удосконалюють й автоматизують виробничі процеси, герметизують устаткуваньня та апаратуру, впроваджують принцип безвідхідності та ефективні методи очищення відхідних газів. З них тепер вловлюють S0₂ і знову повертають його у виробництво. Застосовують також методи добування цінних побічних продуктів з промислових відходів.

Над проблемою повної утилізації  та переробки відходів виробництва сульфатної кислоти нині працюють інженери техніки. Адже реалізація принципу безвідхідності дає змогу не тільки істотно збільшувати вихід кислоти, підвищувати ефективність виробництва, а й охороняти здоров 'я людей зберігати чистоту навколишнього середовища.

Завдання для самоконтролю

1. Напишіть рівняння реакцій, які відбуваються в процесі формування сульфатної кислоти в техніці. Обґрунтуйте оптимальні умови їх здійснення.

2. Поясніть терміни «моногідрат» і «олеум».

3. Як ви гадаєте, чому перед надходження суміші газів у контактний апарат її ретельно очищують?

4. Яку масу моногідрату можна добути з 5 т сірчаного колчедану, масова частка Сульфуру в якому 45%?

5. Обчисліть масу розчину сульфатної кислоти з масовою часткою H₂S0₄  20 %, який можна добути з 50 кг олеуму з масовою часткою SO₃ 10 %.

Н.М. Буринська, Л.П. Величко, Хімія, 10 клас

Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Планування уроків з хімії, відповіді на тести, завдання та відповіді по класам, домашнє завдання та робота з хімії для 10 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.