Главная страница / Справочные данные

Кислота серная

Справочные данные

Серная кислота H₂SO₄ - сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом. Если молярное отношение SO₃: H₂O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1, — раствор SO₃ в серной кислоте.

Физические и физико-химические свойства

Молекулярная масса 98,082 г/моль; бесцветная маслянистая жидкость без запаха. Очень сильная двухосновная кислота, при 18°C pK_a1 -2,8, К₂ 1,2 10², pK_a2 1,92; длины связей в молекуле S=O 0,143 нм, S—OH 0,154 нм, угол HOSOH 104°, OSO 119°; кипит, образуя азеотропную смесь (98,3% H₂SO₄ и 1,7% H₂O с температурой кипения 338,8°C). Серная кислота, отвечающая 100%-ному содержанию H₂SO₄, имеет состав:

• H₂SO₄ - 99,5%
• HSO_4- - 0,18%
• H₃SO₄₊ - 0,14%
• H₃O₊ - 0,09%
• H₂S₂O₇ - 0,04%
• HS₂O_7- - 0,05%

Серная кислота смешивается с водой и SO₃, во всех соотношениях. В водных растворах практически полностью диссоциирует на H₊, HSO_4-, и SO₄². Образует гидраты H₂SO₄∙nH₂O, где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Олеум

Растворы SO₃ в cерной кислоте называются олеумом, они образуют два соединения H₂SO₄∙SO₃ и H₂SO₄∙2SO₃. Олеум содержит также пиросерную кислоту, получающуюся по реакции:

H₂SO₄ + SO₃ → H₂S₂O₇.

Температура кипения водных растворов cерной кислоты повышается с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании 98,3% H₂SO₄.

Химические свойства

Серная кислота — довольно сильный окислитель, особенно при нагревании; окисляет HI и частично НВr до свободных галогенов, углерод до CO₂, S — до SO₂, окисляет многие металлы (Cu, Hg и др.). При этом серная кислота восстанавливается до SO₂, а наиболее сильными восстановителями — до S и H₂S. Концентрированная H₂SO₄ частично восстанавливается H₂. Из-за чего не может применяться для его сушки. Разбавленная H₂SO₄ взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода, с выделением H₂. Окислительные свойства для разбавленной H₂SO₄ нехарактерны. Серная кислота дает два ряда солей: средние - сульфаты и кислые - гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H₂SO₅; и пероксодисерная H₂S₂O₃ кислоты.

Применение

Серную кислоту применяют:

• В производстве минеральных удобрений;
• Как электролит в свинцовых аккумуляторах;
• Для получения различных минеральных кислот и солей,
• В производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ,
• В нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности.
• В пищевой промышленности используется в качестве эмульгатора (пищевая добавка E513).
• В промышленном органическом синтезе в реакциях:
  • дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
  • гидратации (этанол из этилена);
  • сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
  • алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.

Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ - 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Токсическое действие

Серная кислота и олеум — чрезвычайно агрессивные вещества, поражают дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки, вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и т. д. ПДК аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности 2. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды S, и выпадать в виде кислотных дождей.