درجة انصهار حامض الكبريتيك. حامض الكبريتيك - الخواص الكيميائية والإنتاج الصناعي

يعتبر حامض الكبريتيك المخفف والمركّز من المواد الكيميائية المهمة التي ينتج عنها العالم أكثر من أي مادة أخرى. يمكن الحكم على الثروة الاقتصادية لأي بلد من خلال حجم حمض الكبريتيك الذي ينتجه.

عملية التفكك

يستخدم حامض الكبريتيك في شكل محاليل مائية بتركيزات مختلفة. يخضع لتفاعل تفكك في خطوتين ، مما ينتج عنه أيونات H + في المحلول.

H 2 SO 4 \ u003d H + + HSO 4 - ؛

HSO 4 - \ u003d H + + SO 4 -2.

حمض الكبريتيك قوي ، والمرحلة الأولى من تفككه شديدة لدرجة أن جميع الجزيئات الأصلية تقريبًا تتحلل إلى H + -ions و H SO 4-1 -ions (hydrosulfate) في المحلول. هذا الأخير يتحلل جزئياً أكثر ، ويطلق أيون H + آخر ويترك أيون الكبريتات (SO4-2) في المحلول. ومع ذلك ، فإن hydrosulfate ، كونه حمض ضعيف ، لا يزال سائدًا في المحلول فوق H + و SO4-2. يحدث تفككه الكامل فقط عندما تقترب كثافة محلول حامض الكبريتيك ، مع تخفيف قوي.

خصائص حامض الكبريتيك

إنه خاص لأنه يمكن أن يعمل كحامض عادي أو كعامل مؤكسد قوي ، حسب درجة حرارته وتركيزه. يتفاعل محلول مخفف بارد لحمض الكبريتيك مع المعادن النشطة لتكوين ملح (كبريتات) وإطلاق غاز الهيدروجين. على سبيل المثال ، يبدو التفاعل بين المخفف البارد H 2 SO 4 (بافتراض تفككه الكامل على مرحلتين) والزنك المعدني كما يلي:

Zn + H 2 SO 4 \ u003d ZnSO 4 + H 2.

يمكن لحمض الكبريتيك المركز على الساخن ، والذي تبلغ كثافته حوالي 1.8 جم / سم 3 ، أن يعمل كعامل مؤكسد يتفاعل مع المواد التي عادة ما تكون خاملة للأحماض ، مثل ، على سبيل المثال ، النحاس المعدني. أثناء التفاعل ، يتأكسد النحاس ، وتقل كتلة الحمض ، ويتكون محلول (II) في الماء وثاني أكسيد الكبريت الغازي (SO 2) بدلاً من الهيدروجين ، وهو أمر متوقع عندما يتفاعل الحمض مع المعدن.

النحاس + 2H 2 SO 4 \ u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

كيف يتم التعبير عن تركيز المحلول؟

في الواقع ، يمكن التعبير عن تركيز أي محلول بطرق مختلفة ، ولكن التركيز الأكثر استخدامًا يكون بالوزن. يوضح عدد الجرامات في كتلة أو حجم معين من محلول أو مذيب (عادة 1000 جم ، 1000 سم 3 ، 100 سم 3 و 1 دسم 3). بدلاً من كتلة المادة بالجرام ، يمكنك أن تأخذ مقدارها ، معبرًا عنها بالمولات ، ثم تحصل على التركيز المولي لكل 1000 جم أو 1 dm 3 من المحلول.

إذا تم تحديد التركيز المولي فيما يتعلق ليس بكمية المحلول ، ولكن فقط بالمذيب ، فإنه يسمى مولالي المحلول. يتميز بالاستقلال عن درجة الحرارة.

في كثير من الأحيان ، يشار إلى تركيز الوزن بالجرام لكل 100 جرام من المذيب. بضرب هذا الرقم في 100٪ ، تحصل عليه في النسبة المئوية للوزن (نسبة التركيز). هذه الطريقة هي الأكثر استخدامًا في التطبيق على محاليل حمض الكبريتيك.

يتوافق كل تركيز لمحلول محدد عند درجة حرارة معينة مع كثافته المحددة جدًا (على سبيل المثال ، كثافة محلول حامض الكبريتيك). لذلك ، في بعض الأحيان يتميز الحل بدقة به. على سبيل المثال ، محلول H 2 SO 4 ، الذي يتميز بنسبة تركيز 95.72٪ ، له كثافة 1.835 جم / سم 3 عند t \ u003d 20 درجة مئوية. كيف نحدد تركيز هذا المحلول ، إذا أعطيت كثافة حامض الكبريتيك فقط؟ الجدول الذي يعطي مثل هذه المراسلات هو جزء لا يتجزأ من أي كتاب مدرسي في الكيمياء العامة أو التحليلية.

مثال على تحويل التركيز

دعنا نحاول الانتقال من طريقة للتعبير عن تركيز الحل إلى طريقة أخرى. لنفترض أن لدينا محلول H 2 SO 4 في الماء بتركيز بنسبة 60٪. أولاً ، نحدد الكثافة المقابلة لحمض الكبريتيك. ويرد أدناه جدول يحتوي على نسب التركيزات (العمود الأول) والكثافة المقابلة لها من محلول مائي من H 2 SO 4 (العمود الرابع).

وفقًا لذلك ، نحدد القيمة المطلوبة ، والتي تساوي 1.4987 جم / سم 3. دعونا الآن نحسب مولارية هذا الحل. للقيام بذلك ، من الضروري تحديد كتلة H 2 SO 4 في 1 لتر من المحلول والعدد المقابل من مولات الحمض.

الحجم الذي يشغله 100 جم من المحلول الأولي:

100 / 1.4987 = 66.7 مللي.

بما أن 66.7 ملليلترًا من محلول 60٪ يحتوي على 60 جرامًا من الحمض ، فإن 1 لترًا منه يحتوي على:

(60 / 66.7) × 1000 = 899.55 جرام.

الوزن المولي لحمض الكبريتيك هو 98. ومن ثم ، فإن عدد المولات الموجودة في 899.55 جم من جراماته سيكون مساويًا لـ:

899.55 / 98 = 9.18 مول.

يظهر اعتماد الكثافة على التركيز في الشكل. أقل.

استخدام حامض الكبريتيك

يتم تطبيقه في مختلف الصناعات. في إنتاج الحديد والصلب ، يتم استخدامه لتنظيف سطح المعدن قبل أن يتم تغطيته بمادة أخرى ، ويشارك في تكوين الأصباغ الاصطناعية ، وكذلك أنواع أخرى من الأحماض ، مثل الهيدروكلوريك والنتريك. كما أنه يستخدم في صناعة الأدوية والأسمدة والمتفجرات ، كما أنه عامل مهم في إزالة الشوائب من النفط في صناعة تكرير النفط.

هذه المادة الكيميائية مفيدة بشكل لا يصدق في المنزل ، وهي متوفرة بسهولة كمحلول حمض الكبريتيك المستخدم في بطاريات حمض الرصاص (مثل تلك الموجودة في السيارات). عادةً ما يحتوي هذا الحمض على تركيز من حوالي 30٪ إلى 35٪ H 2 SO 4 بالوزن ، مع التوازن هو الماء.

بالنسبة للعديد من التطبيقات المنزلية ، سيكون 30٪ H 2 SO 4 أكثر من كافٍ لتلبية احتياجاتهم. ومع ذلك ، تتطلب الصناعة أيضًا تركيزًا أعلى بكثير من حامض الكبريتيك. عادة ، أثناء عملية الإنتاج ، يتضح أولاً أنها مخففة تمامًا وملوثة بالشوائب العضوية. يتم الحصول على الحمض المركز على مرحلتين: أولاً يتم رفعه إلى 70٪ ، ثم - في المرحلة الثانية - يتم رفعه إلى 96-98٪ ، وهو الحد الأقصى للإنتاج المجدي اقتصاديًا.

كثافة حامض الكبريتيك وأنواعه

على الرغم من أنه يمكن الحصول على ما يقرب من 99 ٪ من حمض الكبريتيك لفترة وجيزة عند الغليان ، إلا أن الخسارة اللاحقة لـ SO 3 عند نقطة الغليان تؤدي إلى انخفاض التركيز إلى 98.3 ٪. بشكل عام ، الصنف 98٪ أكثر استقرارًا في التخزين.

تختلف الدرجات التجارية للحمض في النسبة المئوية لتركيزه ، ويتم اختيار تلك القيم التي تكون فيها درجات حرارة التبلور في حدها الأدنى. يتم ذلك لتقليل ترسيب بلورات حمض الكبريتيك أثناء النقل والتخزين. الأصناف الرئيسية هي:

برج (نيتروز) - 75٪.كثافة حامض الكبريتيك من هذه الدرجة 1670 كجم / م 3. احصل عليه ما يسمى. طريقة النيتروز ، حيث يتم معالجة غاز التحميص الذي يتم الحصول عليه أثناء تحميص المواد الخام الأولية ، والذي يحتوي على ثاني أكسيد الكبريت SO 2 ، في أبراج مبطنة (ومن هنا جاء اسم الصنف) بالنيتروز (هذا أيضًا H 2 SO 4 ، ولكن بالنيتروجين أكاسيد مذابة فيه). نتيجة لذلك ، يتم إطلاق أكاسيد الحمض والنيتروجين ، والتي لا يتم استهلاكها في العملية ، ولكن يتم إرجاعها إلى دورة الإنتاج.
الاتصال - 92.5-98.0٪.كثافة حمض الكبريتيك 98٪ من هذه الدرجة 1836.5 كجم / م 3. يتم الحصول عليه أيضًا من تحميص الغاز المحتوي على SO 2 ، وتشمل العملية أكسدة ثنائي أكسيد إلى SO 3 أنهيدريد عن طريق ملامسته (ومن هنا اسم الصنف) بعدة طبقات من محفز الفاناديوم الصلب.
أوليوم - 104.5٪.كثافته 1896.8 كجم / م 3. هذا هو محلول SO 3 في H 2 SO 4 ، حيث يحتوي المكون الأول على 20٪ ، والأحماض - 104.5٪ بالضبط.
نسبة عالية من زيت الزيتون - 114.6٪. كثافته 2002 كجم / م 3.
قابلة لإعادة الشحن - 92-94٪.

كيف تعمل بطارية السيارة

يعتمد تشغيل هذا أحد أكثر الأجهزة الكهربائية شيوعًا بشكل كامل على العمليات الكهروكيميائية التي تحدث في وجود محلول مائي لحمض الكبريتيك.

تحتوي بطارية السيارة على إلكتروليت حامض الكبريتيك المخفف ، بالإضافة إلى أقطاب موجبة وسالبة على شكل عدة ألواح. تتكون الصفائح الموجبة من مادة بنية ضاربة إلى الحمرة - ثاني أكسيد الرصاص (PbO 2) ، والألواح السلبية مصنوعة من الرصاص "الإسفنجي" الرمادي (Pb).

نظرًا لأن الأقطاب الكهربائية مصنوعة من مادة الرصاص أو المحتوية على الرصاص ، غالبًا ما يُطلق على هذا النوع من البطاريات أداءها ، أي حجم جهد الخرج ، يتم تحديده مباشرة من خلال ما هي الكثافة الحالية لحمض الكبريتيك (كجم / م 3 أو جم) / سم 3) في البطارية كإلكتروليت.

ماذا يحدث للإلكتروليت عند تفريغ البطارية

إلكتروليت بطارية الرصاص الحمضية عبارة عن محلول حمض الكبريتيك بالبطارية في ماء مقطر نقي كيميائيًا بتركيز 30٪ عند الشحن الكامل. كثافة الحمض النقي 1.835 جم / سم 3 ، المنحل بالكهرباء - حوالي 1.300 جم / سم 3. عندما يتم تفريغ البطارية ، تحدث تفاعلات كهروكيميائية فيها ، ونتيجة لذلك يتم أخذ حامض الكبريتيك من المنحل بالكهرباء. تعتمد الكثافة على تركيز المحلول بشكل متناسب تقريبًا ، لذلك يجب أن تنخفض بسبب انخفاض تركيز الإلكتروليت.

طالما يتدفق تيار التفريغ عبر البطارية ، يتم استخدام الحمض بالقرب من أقطابها بشكل نشط ، ويصبح المنحل بالكهرباء مخففًا أكثر فأكثر. يحافظ انتشار الحمض من حجم المنحل بالكهرباء بأكمله إلى ألواح القطب الكهربائي على كثافة ثابتة تقريبًا للتفاعلات الكيميائية ، ونتيجة لذلك ، جهد الخرج.

في بداية عملية التفريغ ، ينتشر الحمض من الإلكتروليت إلى الصفائح بسرعة لأن الكبريتات الناتجة لم تسد المسام الموجودة في المادة الفعالة للأقطاب الكهربائية. عندما تبدأ الكبريتات في التكوين وملء مسام الأقطاب الكهربائية ، يحدث الانتشار بشكل أبطأ.

من الناحية النظرية ، يمكنك الاستمرار في التفريغ حتى يتم استخدام كل الأحماض ويصبح المنحل بالكهرباء ماءًا نقيًا. ومع ذلك ، تظهر التجربة أن التصريفات لا ينبغي أن تستمر بعد انخفاض كثافة الإلكتروليت إلى 1.150 جم / سم 3.

عندما تنخفض الكثافة من 1.300 إلى 1.150 ، فهذا يعني أن الكثير من الكبريتات قد تشكلت أثناء التفاعلات ، وتملأ جميع المسام الموجودة في المواد الفعالة على الألواح ، أي تقريبًا كل حامض الكبريتيك قد تم إزالته بالفعل من المحلول . تعتمد الكثافة على التركيز بشكل متناسب ، وبنفس الطريقة يعتمد شحن البطارية على الكثافة. على التين. يظهر اعتماد شحن البطارية على كثافة المنحل بالكهرباء أدناه.

يعد تغيير كثافة الإلكتروليت أفضل وسيلة لتحديد حالة تفريغ البطارية ، بشرط استخدامها بشكل صحيح.

درجة تفريغ بطارية السيارة حسب كثافة المنحل بالكهرباء

يجب قياس كثافته كل أسبوعين ويجب الاحتفاظ بسجل دائم للقراءات للرجوع إليه في المستقبل.

كلما زادت كثافة المنحل بالكهرباء ، زاد احتوائه على حمض ، وزادت شحن البطارية. كثافة 1.300-1.280 جم / سم 3 تشير إلى الشحن الكامل. كقاعدة عامة ، يتم تمييز درجات تفريغ البطارية التالية اعتمادًا على كثافة المنحل بالكهرباء:

1،300-1،280 - مشحونة بالكامل:
1،280-1،200 - أكثر من نصف مفرغ ؛
1،200-1،150 - أقل من نصف مشحونة ؛
1150 - فارغ تقريبًا.

يبلغ الجهد الكهربائي للبطارية المشحونة بالكامل 2.5 إلى 2.7 فولت لكل خلية قبل توصيلها بشبكة السيارة ، وبمجرد توصيل الحمل ، ينخفض الجهد بسرعة إلى حوالي 2.1 فولت في غضون ثلاث أو أربع دقائق. ويرجع ذلك إلى تكوين طبقة رقيقة من كبريتات الرصاص على سطح لوحات القطب السالب وبين طبقة فوق أكسيد الرصاص ومعدن الصفائح الموجبة. تبلغ القيمة النهائية لجهد الخلية بعد الاتصال بشبكة السيارة حوالي 2.15 - 2.18 فولت.

عندما يبدأ التيار في التدفق عبر البطارية خلال الساعة الأولى من التشغيل ، يحدث انخفاض في الجهد إلى 2 فولت ، ويفسر ذلك بزيادة المقاومة الداخلية للخلايا بسبب تكوين المزيد من الكبريتات التي تملأ مسام الصفائح ، وإزالة الحمض من المنحل بالكهرباء. قبل وقت قصير من بدء تدفق الإلكتروليت ، يكون الحد الأقصى 1.300 جم / سم 3. في البداية ، يحدث تخلخله بسرعة ، ولكن بعد ذلك يتم إنشاء حالة متوازنة بين كثافة الحمض بالقرب من الصفائح وفي الحجم الرئيسي للإلكتروليت ، يتم دعم إزالة الحمض بواسطة الأقطاب الكهربائية عن طريق توفير أجزاء جديدة من حمض من الجزء الرئيسي من المنحل بالكهرباء. في الوقت نفسه ، يستمر متوسط كثافة المنحل بالكهرباء في الانخفاض بشكل مطرد وفقًا للاعتماد الموضح في الشكل. أعلى. بعد الانخفاض الأولي ، ينخفض الجهد بشكل أبطأ ، ويعتمد معدل الانخفاض على الحمل على البطارية. يظهر الرسم البياني الزمني لعملية التفريغ في الشكل. أقل.

مراقبة حالة الإلكتروليت في البطارية

يستخدم مقياس كثافة السوائل لتحديد الكثافة. وهو يتألف من أنبوب زجاجي صغير مختوم مع تمدد في الطرف السفلي مملوء بالرصاص أو الزئبق ومقياس متدرج في الطرف العلوي. تم تسمية هذا المقياس من 1.100 إلى 1.300 بقيم مختلفة بينهما ، كما هو موضح في الشكل. أقل. إذا تم وضع هذا المكثاف في إلكتروليت ، فسوف يغوص إلى عمق معين. عند القيام بذلك ، سيؤدي ذلك إلى إزاحة حجم معين من الإلكتروليت ، وعندما يتم الوصول إلى وضع التوازن ، فإن وزن الحجم المزاح سيكون ببساطة مساويًا لوزن مقياس السوائل. نظرًا لأن كثافة الإلكتروليت تساوي نسبة وزنه إلى الحجم ، ووزن مقياس كثافة السوائل معروف ، فإن كل مستوى من مستويات غمره في المحلول يتوافق مع كثافة معينة.

لا تحتوي بعض أجهزة قياس كثافة السوائل على مقياس بقيم كثافة ، ولكن يتم تمييزها بالنقوش: "مشحونة" ، "نصف تفريغ" ، "تفريغ كامل" أو ما شابه ذلك.

حمض الكبريتيك هو حمض ثنائي القاعدة قوي ، في n.o.s. سائل زيتي ، عديم اللون والرائحة.

له تأثير واضح على الجفاف (إزالة الماء). في حالة ملامسته للجلد أو الأغشية المخاطية يسبب حروقًا شديدة.

ألاحظ أن هناك أوليوم - محلول SO 3 في حامض الكبريتيك اللامائي ، سائل مدخن أو صلب. يستخدم الأوليوم في صناعة الأصباغ والتوليف العضوي وإنتاج أحماض الكبريتيك.

إيصال

هناك عدة طرق للحصول على حامض الكبريتيك. يتم استخدام طريقة صناعية (ملامسة) ، بناءً على احتراق البيريت ، وأكسدة SO2 المتشكل إلى SO 3 والتفاعل اللاحق مع الماء.

FeS 2 + O 2 → (t) Fe 2 O 3 + SO 2

SO 2 + O 2 ⇄ (قطة - V 2 O 5) SO 3

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

تعتمد طريقة إنتاج النيتروز على تفاعل ثنائي أكسيد الكبريت مع ثاني أكسيد النيتروجين IV في وجود الماء. يتكون من عدة مراحل:

يتم خلط أكاسيد النيتروجين (II) و (IV) مع الهواء في برج الأكسدة:

1. NO + O 2 → NO 2

يتم إدخال خليط من الغازات في الأبراج المروية بحمض الكبريتيك بنسبة 75٪ ، وهنا يتم امتصاص خليط من أكاسيد النيتروجين لتكوين حمض النيتروسيل الكبريتيك:

2. NO + NO 2 + 2H 2 SO 4 = 2NO (HSO 4) + H 2 O

أثناء التحلل المائي لحمض النيتروسيل الكبريتيك ، يتم الحصول على حمض النيتروز وحمض الكبريتيك:

3. NO (HSO 4) + H 2 O \ u003d H 2 SO 4 + HNO 2

في شكل مبسط ، يمكن كتابة طريقة النيتروز على النحو التالي:

لا 2 + سو 2 + H 2 O \ u003d H 2 SO 4 + NO

الخواص الكيميائية

حمض الكبريتيك اللامائي هو سائل زيتي ثقيل عديم اللون يذوب في الماء بأي نسبة. استرطابي ، غير متطاير ، عديم الرائحة ، لا يوصل الكهرباء. عند درجة حرارة 10.3 درجة مئوية ، تتصلب مكونة بلورات شبيهة بالثلج. نقطة الغليان هي 296.2 درجة مئوية ، مع زيادة درجة الحرارة ، تتحلل. الكثافة 1.83 جم / مل (200 درجة مئوية). هذه مادة جزيئية مرتبطة بالأحماض ثنائية القاعدة القوية. تسمى محاليل SO 3 في حامض الكبريتيك أوليوم ، وهي تشكل مركبين H 2 SO 4 SO 3 و H 2 SO 4 2SO 3. يحتوي الأوليوم أيضًا على حمض الكبريتيك ، والذي يتم الحصول عليه عن طريق التفاعل: H 2 SO 4 + SO3 = H2S2O7.

تعتمد الخصائص الكيميائية لحمض الكبريتيك إلى حد كبير على
تركيز. في المعامل والصناعة ، يتم استخدام حامض الكبريتيك المخفف والمركز ، على الرغم من أن هذا التقسيم مشروط (من المستحيل رسم خط واضح بينهما).

التفاعل مع المعادن.

يتفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع بعض المعادن ، مثل الحديد والزنك والمغنيسيوم ، مع إطلاق الهيدروجين:

Fe + H 2 SO 4 \ u003d FeSO 4 + H 2

بعض المعادن غير النشطة ، مثل النحاس والفضة والذهب ، لا تتفاعل مع حمض الكبريتيك المخفف.
حمض الكبريتيك المركز هو عامل مؤكسد قوي. يؤكسد العديد من المعادن. منتجات استرداد الأحماض
عادة ما يكون أكسيد الكبريت (IV) وكبريتيد الهيدروجين والكبريت (H 2 S و S يتشكل في تفاعلات الحمض مع المعادن النشطة - المغنيسيوم والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم ، إلخ).

أمثلة على التفاعل:

Cu + 2H 2 SO 4 \ u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Mg + 2H 2 SO 4 \ u003d MgSO 4 + SO 2 + 2H 2 O أو
4Mg + 5H 2 SO 4 \ u003d 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
حمض الكبريتيك عالي التركيز (اللامائي عمليًا) لا يتفاعل مع الحديد نتيجة تخميل المعدن. ترتبط ظاهرة التخميل بالتكوين على السطح المعدني لفيلم قوي مستمر يتكون من أكاسيد أو أي مركبات أخرى ، مما يمنع المعدن من ملامسة الحمض. بفضل التخميل ، من الممكن نقل وتخزين حامض الكبريتيك المركز في حاويات فولاذية. يعمل حمض الكبريتيك المركز أيضًا على تخميل الألومنيوم والنيكل والكروم والتيتانيوم.
التفاعل مع اللافلزات.
يمكن لحمض الكبريتيك المركز أن يؤكسد غير المعادن ، على سبيل المثال:

S + 2H 2 SO 4 \ u003d 3SO 2 + 2H 2 O

يمكن أن تظهر أيضًا الخصائص المؤكسدة لحمض الكبريتيك المركز مع بعض المواد المعقدة - عوامل الاختزال ، على سبيل المثال:

2KBr + 2H 2 SO 4 \ u003d Br 2 + SO 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O

التفاعل مع الأكاسيد والقواعد الأساسية.
يعرض حامض الكبريتيك جميع الخصائص النموذجية للأحماض. وبالتالي ، فإنه يتفاعل مع أكاسيد وهيدروكسيدات القاعدة والمتذبذبة لتكوين الأملاح. كحمض ثنائي القاعدة ، يشكل H 2 SO 4 نوعين من الأملاح: أملاح متوسطة - كبريتات وأملاح حمضية - كبريتات هيدروجين.
أمثلة على التفاعل:

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 \ u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
كبريتات الألومنيوم

2KOH + H 2 SO 4 \ u003d K 2 SO 4 + 2H 2 O
كبريتات البوتاسيوم
KOH + H 2 SO 4 \ u003d KHSO 4 + H 2 O
كبريتات هيدروجين البوتاسيوم

تتشكل هيدروسلفات عندما يؤخذ حمض زائد. تبرز العديد من أملاح حامض الكبريتيك من المحاليل في شكل هيدرات بلورية ، على سبيل المثال: Al 2 (SO 4) 3 ∙ 18H 2 O ؛ Na 2 SO 4 10H 2 O

التفاعل مع الأملاح.
مع بعض الأملاح ، يدخل الحمض في تفاعلات التبادل ، على سبيل المثال:

CaCO 3 + H 2 SO 4 \ u003d CaSO 4 + CO 2 + H 2 O
BaCl 2 + H 2 SO 4 \ u003d BaSO 4 + 2HCl

رد الفعل الأخير هو جودة حمض الكبريتيكوأملاحه: يتم الحكم على وجودها في المحلول من خلال تكوين راسب BaSO 4 أبيض ، وهو عملياً غير قابل للذوبان في حمض النيتريك المركز.
التفاعل مع الماء.
عندما يذوب حمض الكبريتيك في الماء ، يتفاعل معه بنشاط مكونًا الهيدرات:

NH 2 O + H 2 SO 4 \ u003d H 2 SO 4 ∙ nH 2 O

حيث ن = 1 و 2 و 3 و 4 و 6.5.

نظرًا لقدرته على ربط الماء ، يعد حمض الكبريتيك عامل تجفيف جيد.

مخطط استخدام حامض الكبريتيك

أرز. الاستخدامات الرئيسية لحمض الكبريتيك

تتمثل الطرق الرئيسية لإنتاج حامض الكبريتيك في التلامس باستخدام محفزات صلبة (جهات اتصال) والنيتروز مع أكاسيد النيتروجين.

في عمليات الأكسدة والاختزال ، يمكن أن يكون ثاني أكسيد الكبريت عامل مؤكسد وعامل اختزال لأن الذرة في هذا المركب لها حالة أكسدة وسيطة تبلغ +4.

كيف يتفاعل العامل المؤكسد SO 2 مع عوامل الاختزال الأقوى ، على سبيل المثال مع:

SO 2 + 2H 2 S \ u003d 3S ↓ + 2H 2 O

كيف يتفاعل عامل الاختزال SO 2 مع عوامل مؤكسدة أقوى ، على سبيل المثال في وجود محفز ، مع ، وما إلى ذلك:

2SO 2 + O 2 \ u003d 2SO 3

SO 2 + Cl 2 + 2H 2 O \ u003d H 2 SO 3 + 2HCl

إيصال

1) يتكون ثاني أكسيد الكبريت أثناء احتراق الكبريت:

2) في الصناعة ، يتم الحصول عليها بإطلاق البيريت:

3) في المختبر يمكن الحصول على ثاني أكسيد الكبريت:

Cu + 2H 2 SO 4 \ u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

تطبيق

يستخدم ثاني أكسيد الكبريت على نطاق واسع في صناعة النسيج لتبييض المنتجات المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في الزراعة لتدمير الكائنات الحية الدقيقة الضارة في الدفيئات والأقبية. بكميات كبيرة ، يستخدم SO 2 لإنتاج حامض الكبريتيك.

أكسيد الكبريت (السادس) – لذا 3 (أنهيدريد الكبريتيك)

أنهيدريد الكبريت SO 3 هو سائل عديم اللون يتحول عند درجات حرارة أقل من 17 درجة مئوية إلى كتلة بلورية بيضاء. يمتص الرطوبة جيدًا (استرطابي).

الخواص الكيميائية

خصائص حمض القاعدة

كيف يتفاعل أنهيدريد حمض الكبريتيك النموذجي:

SO 3 + CaO = CaSO4

ج) بالماء:

SO 3 + H 2 O \ u003d H 2 SO 4

خاصية خاصة لـ SO 3 هي قدرته على الذوبان جيدًا في حامض الكبريتيك. يسمى محلول SO 3 في حامض الكبريتيك أوليم.

تكوين الأوليوم: H 2 SO 4 + ن SO 3 \ u003d H 2 SO 4 ∙ ن SO 3

خصائص الأكسدة والاختزال

يتميز أكسيد الكبريت (VI) بخصائص مؤكسدة قوية (عادةً ما يتم تقليله إلى SO 2):

3SO 3 + H 2 S \ u003d 4SO 2 + H 2 O

الحصول والاستخدام

يتكون أنهيدريد الكبريت أثناء أكسدة ثاني أكسيد الكبريت:

2SO 2 + O 2 \ u003d 2SO 3

في شكله النقي ، أنهيدريد الكبريتيك ليس له قيمة عملية. يتم الحصول عليها كوسيط في إنتاج حامض الكبريتيك.

H2SO4

تم العثور على ذكر حمض الكبريتيك لأول مرة بين الكيميائيين العرب والأوروبيين. تم الحصول عليها عن طريق تكليس كبريتات الحديد (FeSO 4 ∙ 7H 2 O) في الهواء: 2FeSO 4 \ u003d Fe 2 O 3 + SO 3 + SO 2 أو خليط مع: 6KNO 3 + 5S \ u003d 3K 2 SO 4 + 2SO 3 + 3N 2 ، والأبخرة المنبعثة من أنهيدريد الكبريتيك تتكثف. لامتصاص الرطوبة ، تحولوا إلى زيت. اعتمادًا على طريقة التحضير ، كان يسمى H 2 SO 4 بالزيت أو زيت الكبريت. في عام 1595 ، أنشأ الكيميائي أندرياس ليبافيوس هوية كلتا المادتين.

لفترة طويلة ، لم يتم استخدام زيت الزاج على نطاق واسع. زاد الاهتمام بها بشكل كبير بعد القرن الثامن عشر. تم اكتشاف صبغة النيلي القرمزية ، وهي صبغة زرقاء مستقرة. تم إنشاء أول مصنع لإنتاج حامض الكبريتيك بالقرب من لندن في عام 1736. وقد أجريت العملية في غرف الرصاص ، والتي تم صب الماء في قاعها. تم حرق خليط مصهور من الملح الصخري والكبريت في الجزء العلوي من الغرفة ، ثم تم السماح بدخول الهواء هناك. تم تكرار الإجراء حتى يتم تكوين حمض بالتركيز المطلوب في قاع الحاوية.

في القرن 19 تم تحسين الطريقة: بدلاً من الملح الصخري ، تم استخدام حمض النيتريك (وهو يعطي عندما يتحلل في الغرفة). لإعادة غازات النيتروز إلى النظام ، تم تصميم أبراج خاصة أعطت اسمًا للعملية برمتها - عملية البرج. لا تزال المصانع التي تعمل وفقًا لطريقة البرج موجودة حتى يومنا هذا.

حمض الكبريتيك سائل زيتي ثقيل ، عديم اللون والرائحة ، استرطابي ؛ يذوب جيدا في الماء. عندما يذوب حمض الكبريتيك المركز في الماء ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة ، لذلك يجب سكبه بعناية في الماء (وليس العكس!) ويخلط المحلول.

عادة ما يسمى محلول حمض الكبريتيك في الماء مع محتوى H2SO4 أقل من 70٪ حمض الكبريتيك المخفف ، والمحلول الذي يزيد عن 70٪ يسمى حمض الكبريتيك المركز.

الخواص الكيميائية

خصائص حمض القاعدة

يعرض حامض الكبريتيك المخفف جميع الخصائص المميزة للأحماض القوية. تتفاعل:

H 2 SO 4 + NaOH \ u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O

H 2 SO 4 + BaCl 2 \ u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl

تؤدي عملية تفاعل أيونات Ba 2+ مع أيونات الكبريتات SO 4 2+ إلى تكوين راسب أبيض غير قابل للذوبان BaSO 4. هذا هو رد فعل نوعي لأيون الكبريتات.

خصائص الأكسدة والاختزال

في H 2 SO 4 المخفف ، تكون أيونات H + عوامل مؤكسدة ، وفي أيونات H 2 SO 4 المركزة تكون SO 4 2+. تعتبر أيونات SO 4 2+ عوامل مؤكسدة أقوى من أيونات H + (انظر الرسم البياني).

في تمييع حامض الكبريتيكإذابة المعادن الموجودة في سلسلة الكهروكيميائية من الفولتية للهيدروجين. في هذه الحالة ، يتم تكوين وإطلاق كبريتات المعادن:

Zn + H 2 SO 4 \ u003d ZnSO 4 + H 2

المعادن الموجودة في السلسلة الكهروكيميائية للجهد بعد الهيدروجين لا تتفاعل مع حمض الكبريتيك المخفف:

نحاس + ح 2 سو 4 ≠

حامض الكبريتيك المركزعامل مؤكسد قوي ، خاصة عند تسخينه. يؤكسد العديد وبعض المواد العضوية.

عندما يتفاعل حامض الكبريتيك المركز مع المعادن الموجودة في السلسلة الكهروكيميائية للجهود بعد الهيدروجين (Cu ، Ag ، Hg) ، تتشكل كبريتات المعادن ، وكذلك ناتج اختزال حمض الكبريتيك - SO 2.

تفاعل حامض الكبريتيك مع الزنك

مع وجود معادن أكثر نشاطًا (Zn ، Al ، Mg) ، يمكن تقليل حمض الكبريتيك المركز إلى التخلص منه. على سبيل المثال ، عندما يتفاعل حامض الكبريتيك ، اعتمادًا على تركيز الحمض ، يمكن تكوين العديد من منتجات اختزال حمض الكبريتيك في وقت واحد - SO 2 ، S ، H 2 S:

Zn + 2H 2 SO 4 \ u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S ↓ + 4H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

في البرد ، يقوم حمض الكبريتيك المركز بتخفيض بعض المعادن ، على سبيل المثال ، وبالتالي يتم نقله في خزانات حديدية:

Fe + H 2 SO 4 ≠

يؤكسد حامض الكبريتيك المركز بعض المعادن غير المعدنية (، إلخ) ، ويتحول إلى أكسيد الكبريت (IV) SO 2:

S + 2H 2 SO 4 \ u003d 3SO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 \ u003d 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O

الحصول والاستخدام

في الصناعة ، يتم الحصول على حامض الكبريتيك عن طريق الاتصال. تتم عملية الاستحواذ على ثلاث مراحل:

الحصول على SO 2 عن طريق تحميص البيريت:

4 مقاييس 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO2

أكسدة SO 2 إلى SO 3 في وجود محفز - أكسيد الفاناديوم (V):

2SO 2 + O 2 \ u003d 2SO 3

إذابة SO 3 في حامض الكبريتيك:

H2SO4 + ن SO 3 \ u003d H 2 SO 4 ∙ ن SO 3

يتم نقل الزيت الناتج في خزانات حديدية. يتم الحصول على حمض الكبريتيك بالتركيز المطلوب من الأوليوم عن طريق سكبه في الماء. يمكن التعبير عن ذلك في رسم بياني:

H 2 SO 4 ∙ ن SO 3 + H 2 O \ u003d H 2 SO 4

يجد حامض الكبريتيك تطبيقات مختلفة في مختلف مجالات الاقتصاد الوطني. يتم استخدامه لتجفيف الغازات ، في إنتاج الأحماض الأخرى ، لإنتاج الأسمدة والأصباغ المختلفة والأدوية.

أملاح حامض الكبريتيك

معظم الكبريتات قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء (قابل للذوبان بشكل طفيف CaSO4 ، حتى أقل من PbSO4 وغير قابل للذوبان عمليا BaSO 4). بعض الكبريتات التي تحتوي على ماء التبلور تسمى الزاج:

CuSO 4 ∙ 5H 2 O كبريتات النحاس

FeSO 4 ∙ 7H 2 O كبريتات الحديدوز

تحتوي أملاح حامض الكبريتيك على كل شيء. علاقتهم بالتدفئة خاصة.

كبريتات المعادن النشطة (،) لا تتحلل حتى عند 1000 درجة مئوية ، بينما تتحلل أخرى (النحاس ، والألومنيوم ، والحديد) - عند التسخين الطفيف إلى أكسيد معدني وثاني أكسيد الكبريت 3:

CuSO 4 \ u003d CuO + SO 3

تحميل:

تنزيل الملخص المجاني عن الموضوع: "إنتاج حامض الكبريتيك بطريقة التلامس"

يمكنك تنزيل مقالات عن مواضيع أخرى

* على صورة السجل توجد صورة لكبريتات النحاس

الغرض من الدرس: يجب على الطلاب تحليل الخصائص العامة للأحماض المعدنية وعلى أساسها دراسة خصائص حامض الكبريتيك المخفف والمركّز وملاحظة أوجه التشابه والاختلاف في الخواص الفيزيائية والكيميائية.

طريقة الدرس: لفظي - بصري.

الاتصالات بين الموضوعات: علم الأحياء (تأثير الأحماض على المواد العضوية).

المعدات: حامل أنبوب الاختبار ، مؤشر (عباد الشمس ، برتقالي الميثيل ، ورقة مؤشر عالمية) ، حامل أنبوب الاختبار ، قضيب زجاجي ، أعواد ثقاب ، مصباح روح ، ورق ترشيح ، دورق كيميائي.

الكواشف: H 2 SO 4 (conc.)، H 2 SO 4 (dil.)، Cu، Zn، CuO، NaOH، BaCl 2، СuCl 2، C، S، H 2 O، السكروز.

1. اللحظة التنظيمية (1-2 دقيقة)

ثانيًا. تعلم مادة جديدة (30 دقيقة)

مدرس:اليوم سوف نتعرف على أحد مركبات الأكسجين للكبريت - حمض الكبريتيك.

مدرس:دعونا نصنع كتلة "حامض الكبريتيك". (هناك تحقيق وتنظيم للمعرفة المكتسبة سابقًا.)

يمكن للمدرس ، عند تجميع الكتلة ، توجيه النشاط العقلي للطلاب باستخدام الأسئلة التالية:

ماذا تعرف عن حامض الكبريتيك؟

ما هي الخصائص الفيزيائية لهذه المادة؟

- ما هي الخصائص الكيميائية التي يمكن أن يمتلكها حامض الكبريتيك كأحماض معدنية؟

- هل تعرف أي خواص معينة لحمض الكبريتيك؟

- ما هي مجالات الصناعة التي تستخدم فيها هذه المادة؟

(تتم كتابة جميع افتراضات الطلاب ، سواء كانت صحيحة أو غير صحيحة ، على السبورة بواسطة المعلم ويتم تجميع مخطط المجموعة 1).

الكتلة "حامض الكبريتيك"

مخطط 1

بعد تدوين جميع افتراضات الطلاب في شكل مجموعة (المخطط 1) ، يشرع المعلم في شرح المادة الجديدة. يتم حفظ مخطط الكتلة المترجمة حتى نهاية الدرس.

1) الخصائص الفيزيائية.

مدرس:ما هي الخصائص الفيزيائية لحمض الكبريتيك؟ دعنا نجيب على هذا السؤال بتجربة.

التجربة 1: عرض توضيحي لحالة تراكم حامض الكبريتيك المركز والذوبان في الماء (يتم الانتباه إلى احتياطات السلامة: على وجه الخصوص ، لا يمكن إضافة الماء إلى الحمض ، ويجب سكب الحمض بعناية في الماء أثناء تحريك المحلول).

مدرس:صف الخصائص الفيزيائية لحمض الكبريتيك.

الخلاصة: حمض الكبريتيك سائل زيتي عديم اللون وقابل للذوبان في الماء بكثافة 1.86 جم / مل.

2) الخصائص الكيميائية.

مدرس:ما هي الخواص الكيميائية لهذه المادة؟ هل أحماض الكبريتيك المركزة والمخففة لها نفس الخصائص؟ سنحدد ذلك بمساعدة تجربة وندخل الاستنتاجات في الجدول 1.

مدرس:قارن بين خصائص أحماض الكبريتيك المركزة والمخففة. قسّم ورقة دفتر الملاحظات إلى ثلاثة أعمدة. العمود الأول هو "خصائص" ، والثاني "خصائص حامض الكبريتيك المخفف" ، والثالث "خصائص حامض الكبريتيك المركز". (يتم إجراء دراسة خصائص حامض الكبريتيك المخفف والمركّز باستخدام تجربة توضيحية ، على أساسها يتم ملء الجدول 1).

"خواص أحماض الكبريتيك المخففة والمركزة". الجدول 1.

ملكيات	H 2 SO 4 ديل.	H 2 SO 4 conc.
مؤشر: أ) عباد الشمس ب) برتقال الميثيل	تجربة 1: عمل الأحماض على المؤشرات
	أحمر زهري	لا يغير لون المؤشرات
تفكك الحمض في الماء	H 2 SO 4 \ u003d H + + HSO 4 - HSO 4 – = H + + SO 4 2-	لا تنفصل
مع وجود المعادن في سلسلة الكهروكيميائية من الفولتية حتى الهيدروجين	تجربة 2: التفاعل مع المعادن الموجودة في سلسلة الكهروكيميائية للجهود حتى الهيدروجين
	H 2 + SO 4 + Zn 0 \ u003d Zn + 2 SO 4 + H 2 0 H + - عامل مؤكسد Zn 0 - عامل مختزل	4H 2 S +6 O 4 + 3Zn 0 = 3Zn +2 SO 4 + س 0 ↓ + 4H2O S +6 - عامل مؤكسد Zn 0 - عامل مختزل 5H 2 SO 4 + 4Ca = 4CaSO 4 + H 2 ق+ 4H2O يخمد في البرد بسبب تكوين طبقة من أكاسيد أملاحها مع Fe ، Cr ، Ni ، Bi ، Co ، Mg ، Al
مع وجود المعادن في سلسلة الكهروكيميائية من الفولتية بعد الهيدروجين	تجربة 3: التفاعل مع المعادن الموجودة في السلسلة الكهروكيميائية للجهد بعد الهيدروجين
	لا تتفاعل	2H 2 S +6 O 4 + Cu 0 \ u003d Cu + 2 SO 4 + س +4 O2+ 2H2O S +6 - عامل مؤكسد النحاس 0 - عامل الاختزال لا تتفاعل مع Au و Pt
مع أكاسيد أساسية	تجربة 4: التفاعل مع الأكاسيد الأساسية H 2 SO 4 + CuO \ u003d CuSO 4 + H 2 O CuO + 2H + + SO 4 2– → Cu 2+ + SO 4 2– + H 2 O CuO + 2H + → Cu 2+ + H 2 O
مع القواعد	تجربة 5: تفاعل مع القلويات(تفاعل التعادل) H 2 SO 4 + 2NaOH \ u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O 2H + + SO 4 2– + 2Na + + 2OH - = 2Na + + SO 4 2– + 2H 2 O H + + OH - \ u003d H 2 O تفاعل مع قواعد غير قابلة للذوبان H 2 SO 4 + Cu (OH) 2 ↓ = CuSO 4 + 2H 2 O 2H + + SO 4 2– + Cu (OH) 2 ↓ = Cu 2+ + SO 4 2– + 2H 2 O 2H + Cu (OH) 2 ↓ = Cu 2+ + 2H 2 O
رد فعل نوعي على SO 4 2-	تجربة 6: إثبات وجود أيون الكبريتات H 2 SO 4 + BaCl 2 \ u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl 2H + + SO 4 2– + Ba 2+ + 2Cl - = BaSO 4 ↓ + 2H + 2Cl - SO 4 2– + Ba 2+ \ u003d BaSO 4 ↓
مع غير المعادن	تجربة 7: التفاعل مع اللافلزات
	لا تتفاعل	2H 2 S +6 O 4 + C 0 \ u003d 2S +4 O 2 + CO 2 + + 2H 2 O S +6 - عامل مؤكسد ج 0 - عامل الاختزال 2H 2 S +6 O 4 + S 0 \ u003d 3S +4 O 2 + 2H 2 O S +6 - عامل مؤكسد S 0 - عامل الاختزال
المواد العضوية	تجربة 8: التفاعل مع المواد العضوية
	لا تتفاعل	تفحم الخشب والألياف والسكروز

ثالثا. توحيد المواد الجديدة (5 دقائق)

مدرس:بناءً على المعرفة المكتسبة في هذا الدرس ، أقترح عليك الرجوع مرة أخرى إلى المجموعة التي تم تجميعها في بداية الدرس

يقارن الطلاب ما عرفوه وما تعلموه عن حامض الكبريتيك.

في الجزء الأخير من الدرس ، يتم دمج المواد المستفادة ويتم التفكير باستخدام المجموعة التي تم تجميعها في بداية الدرس. يطلب المعلم من الطلاب التحقق من صحة الافتراضات التي تم إجراؤها مسبقًا حول خصائص حامض الكبريتيك. يصحح الطلاب الأخطاء في بياناتهم ويكملون المخطط 1 بمعلومات جديدة حصلوا عليها أثناء دراسة مادة جديدة. يتم عرض نسخة ممكنة من الكتلة المعززة والمصححة في المخطط 2.

الكتلة "حامض الكبريتيك"

مخطط 2

رابعا. وضع علامات مع التعليقات (1-2 دقيقة)

خامساً- الواجب المنزلي (1-2 دقيقة)

يسمح هذا النهج في تدريس الدرس بما يلي: أولاً ، دراسة خصائص أحماض الكبريتيك المركزة والمخففة بالمقارنة ، وثانيًا ، تكثيف الأنشطة التعليمية للطلاب. يساعد استخدام الكتلة على تنشيط انتباه الطلاب ، وأنشطتهم التعليمية ، والتي تساهم بشكل عام في استيعاب أكثر فعالية للمواد قيد الدراسة. في الوقت نفسه ، يتعلم الطلاب رؤية الأخطاء ، وتصحيحها بأنفسهم ، والعقل ، وتعميم المعرفة المكتسبة ، أو رفض أو قبول آراء الآخرين. في عملية هذا الدرس ، لا يتناسب الطلاب مع المعرفة الجاهزة ، ولكنهم يبحثون بشكل مستقل عن إجابات للأسئلة المطروحة ، أثناء تطوير كلامهم ومنطق التفكير والقدرة على الدفاع عن وجهة نظرهم.

تتيح تجربة توضيحية لدراسة خصائص أحماض الكبريتيك المخففة والمركزة للطلاب الإجابة بشكل مستقل على عدد من الأسئلة ، وإجراء مقارنات ، والتحقق من دقة الافتراضات المقدمة ، وتطوير المهارات العملية في العمل مع الأحماض.