Сульфатна кислота може взаємодіяти із своїми солями — сульфатами. При цьому середні солі — сульфати перетворюються на кислі солі — гідросульфати:

Na2SO4+H2SO4=2NaHSO4

Лабораторна робота 2

Визначення сульфат-іонів у розчині

Налийте у першу пробірку трохи розбавленої сульфатної кислоти, у другу — розчину сульфату натрію, у третю —розчи-ну нітрату натрію. До кожної з пробірок додайте кілька крапель розчину хлориду барію (або нітрату барію). Що спостерігаєть-ся? До білого осаду, що утворився у двох пробірках (чому?), додайте по кілька крапель розбавленої нітратної кислоти. Якщо осад не розчиняється, то це —сульфат барію ВаSO4. Він свідчить про те, що в цих пробірках розчини містили йони

SO42-.

Напишіть рівняння здійснених реакцій у молекулярній, повній і скороченій йонних формах.

Отже, про наявність у розчині сульфатної кислоти та її солей можна робити висновок на підставі утворення білого осаду ВаSO4, який практично не розчиняється ні у воді, ні в нітратній кислоті.

Таким чином, реактивом на сульфат-іони SO42- є йони барію Ва2+

Ва2+ + SO42- = ВаSO4

5. Взаємодія з металами. Розбавлена сульфатна кислота реагує, наприклад, з магнієм, цинком, залізом з виділенням водню:

Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Малоактивні метали (мідь, срібло, золото) з розбавленою сульфатною кислотою не реагують.

Концентрована сульфатна кислота — сильний окисник. Вона може взаємодіяти з малоактивними металами, на-приклад з міддю:

0 +6 +2 +4

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 +2H2O

0 | _ | +2

Cu - | 2e | окиснення | Cu | 2 | 1

Відновник

+6 | _ | +4

S + | 2e | відновлення | S | 2 | 1

Окисник

Зверніть увагу: під час взаємодії концентрованої суль-фатної кислоти з малоактивними металами відновлюється не Гідроген кислоти, а Сульфур, тому газоподібний водень Н2 не виділяється!

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

Серед сульфатів велике практичне значення мають міц-ний і залізний купороси СuSО4 * 5Н2О і FеSO4 * 7H2O. 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 СаSO4 * 2Н2О і сульфат кальцію СаSO4 використо-вують у будівництві, медицині та інших галузях.

Сульфат натрію Nа2SО4, застосовують у виробництві скла. Він входить до складу природного мінералу Nа2SО4*10H2O глауберової солі, яка використовується в медицині як проносний засіб.

Сульфати калію К2SO4 і амонію (NH4)2SO4, використо-вують як добрива.

Сульфат барію ВаSO4 застосовують у виробництві папе-ру, гуми та білої мінеральної фарби, а також у медицині для рентгеноскопії шлунку («Барієва каша»).

§7. Виробництво сульфатної кислоти.

Найбільш сучасний спосіб добування сульфатної кислоти у промисловості - це кнтактний. Як сировина використовується пірит FeS2 (залізий, сірчаний, колчедан).

Перша стадія процесу — випалювання колчедану і добу-вання діоксиду сульфуру:

4FеS2 + 11O2 = 2Fе2О3 + 8SO2 ; ДH = -13 476 кДж.

Цей процес відбувається у колчеданних печах, з яких виходить випалювальний газ. Він містить, окрім діоксиду сульфуру SO2, ще кисень, азот, водяну пару та інші доміш-ки. Його очищають, висушують і подають на другу стадію виробництва у контактний апарат.

Друга стадія—окиснення діоксиду сульфуру і добуван-ня триоксиду сульфуру:

V2O5

2SO2 + O2 2SO3, ДH = -197,9 кДж.

Окиснення відбувається в контактному апараті за наяв-ності 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 утворен-ня SO3 сприятимуть низька температура і високий тиск.

Це справедливо, але річ у тім, що високий тиск застосу-вати майже неможливо, бо SO3 одразу перейде у рідкий стан. І низькі температури використати не можна, бо швидкість реакції буде надто малою. Тому й застосовують каталізатор V2O5, 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, відво-дять і використовують для нагрівання випалювального газу, який встигає охолонути, проходячи складну систему очис-них споруд перед надходженням у контактний апарат (див. схему виробництва сульфатної кислоти на вклейці).

Отже, процес окиснення SO2 в SO3 здійснюється склад-но, бо ця реакція оборотна й екзотермічна. Умови її здій-снення визначаються в основному згідно з принципом Ле Шательє.

Третя стадія виробництва—поглинання триоксиду сульфуру й утворення сульфатної кислоти Н2SO4.

Добутий у контактному апараті триоксид сульфуру SO3 надходить у поглинальну башту — абсорбер Абсорбція (від лат. аbsorptio- поглинання)-вбирання газів або рідин усім об’ємом (а не поверхнею) іншої речовини., де поглинаєть-ся концентрованою сульфатною кислотою (масова частка Н2SO4 96—98 %). В абсорбері SO3 взаємодіє з водою, що міститься у концентрованому розчині сульфатної кислоти, утворюючи безводну,

100 %-ву сульфатну кислоту, яка на-зивається моногідратом:

SO3 + Н2О = Н2SO4; ДH = -130,6 кДж

Чистою водою поглинати триоксид сульфуру SO3 не можна, оскільки утворюється дуже стійкий «туман» з дріб-них крапель сульфатної кислоти, який погано конденсує-ться.

Кінцевий продукт виробництва—олеум (розчин SO3 у моногідраті). Його розбавляють водою до сульфатної кисло-ти потрібної концентрації.

Охорона праці та навколишнього середовища у виробниц-тві сульфатної кислоти. Захист біосфери від забруднення викидами хімічних виробництв — найважливіша проблема сучасності.