Химические реакции, лежащие в основе промышленного способа получения серной кислоты. Химическое загрязнение окружающей среды соединениями серы

Понять, как из простого вещества серы получают серную кислоту и почему её производство связано с загрязнением воздуха.

Серная кислота — один из важнейших продуктов химической промышленности, она нужна для производства удобрений, аккумуляторов, очистки металлов. А выбросы сернистого газа вызывают кислотные дожди, разрушающие здания и вредящие природе.

• Промышленный способ получения серной кислоты — это многостадийный процесс, включающий получение SO2, его окисление до SO3 и растворение SO3 в воде.
• Для увеличения выхода SO3 используют избыток кислорода и пониженную температуру, но слишком низкая температура замедляет реакцию, поэтому нужен катализатор.
• Катализатор (оксид ванадия(V)) ускоряет реакцию окисления SO2, но не смещает равновесие.
• Поглощение SO3 водой напрямую не проводят, так как образуется туман серной кислоты, который трудно уловить; используют концентрированную серную кислоту.
• Соединения серы (SO2, H2S) попадают в атмосферу при сжигании топлива, работе металлургических заводов и вулканической деятельности.
• В атмосфере SO2 окисляется до SO3, который с водой образует серную кислоту, выпадающую с дождями.
• Кислотные дожди вредят растениям, водоёмам, зданиям и здоровью человека.
• Для снижения выбросов серы используют очистку отходящих газов и переход на более чистое топливо.

Серная кислота

Сильная двухосновная кислота, формула H2SO4, маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде, одна из важнейших продуктов химической промышленности.

Пирит

Минерал, содержащий железо и серу (FeS2), часто используется как сырьё для получения сернистого газа.

Обжиг

Нагревание вещества на воздухе, при котором происходит химическая реакция с кислородом, например, горение пирита.

Катализатор

Вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само при этом не расходуется.

Кислотные дожди

Атмосферные осадки, содержащие растворённые кислоты (серную, азотную), образующиеся из-за выбросов оксидов серы и азота.

ПДК

Предельно допустимая концентрация — максимальное количество вредного вещества в воздухе или воде, которое не наносит вреда здоровью.

• Промышленный способ получения серной кислоты называется контактным, потому что окисление SO2 происходит на поверхности твёрдого катализатора.
• Основные стадии: 1) обжиг пирита: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2; 2) окисление SO2: 2SO2 + O2 ⇄ 2SO3 (катализатор V2O5, t≈450°C); 3) поглощение SO3 концентрированной серной кислотой: SO3 + H2SO4 → H2SO4·SO3 (олеум), затем разбавление водой.
• Для увеличения выхода SO3 по принципу Ле Шателье используют избыток кислорода и отвод тепла, чтобы сместить равновесие в сторону продукта.
• Сернистый газ SO2 — бесцветный газ с резким запахом, ядовит, хорошо растворим в воде с образованием сернистой кислоты H2SO3.
• Оксид серы(VI) SO3 — бесцветная жидкость, при реакции с водой образует серную кислоту с выделением большого количества тепла.
• Соединения серы в атмосфере: SO2, H2S, SO3, H2SO4 (в виде аэрозоля).
• Основные источники загрязнения серой: сжигание угля и нефти, металлургия, производство серной кислоты, вулканы.
• Кислотные дожди имеют pH меньше 5,6, они вызывают коррозию металлов, разрушение мрамора и известняка, гибель рыбы в озёрах.

1. Пример 1случай
   • При сжигании угля на ТЭС образуется SO2, который с дымом попадает в атмосферу, окисляется до SO3 и затем выпадает с дождём, закисляя почву
2. Пример 2случай
   • Мраморные памятники, например, древние статуи, разрушаются под действием кислотных дождей, потому что карбонат кальция реагирует с серной кислотой
3. Пример 3случай
   • В производстве удобрений серная кислота используется для разложения фосфатов, поэтому её называют «хлебом химической промышленности»
4. Пример 4случай

   Если пролить концентрированную серную кислоту на бумагу, она обугливается

   Пояснение

   • это показывает её водоотнимающее действие

• Серная кислота — самое производимое неорганическое вещество в мире, её годовое производство превышает 200 миллионов тонн.
• В древности серную кислоту называли «купоросным маслом», потому что её получали из железного купороса.
• Вулканы выбрасывают в атмосферу больше SO2, чем все заводы вместе взятые, но человек «добавляет» серу в местах, где её раньше не было, что и создаёт проблему.
• Кислотные дожди могут «путешествовать» на тысячи километров от источника выбросов, поэтому загрязнение серой — международная проблема.

• Серная кислота — едкое вещество, при попадании на кожу вызывает ожоги, поэтому работать с ней нужно в защитных очках и перчатках.
• При разбавлении серной кислоты водой выделяется много тепла, поэтому кислоту добавляют в воду тонкой струёй, а не наоборот.
• SO2 — ядовитый газ, вдыхание его вызывает кашель и удушье, поэтому в лаборатории с ним работают только в вытяжном шкафу.

• Соединения серы (оксиды, сернистая и серная кислоты) — тема 25
• Химическое равновесие и скорость реакций — тема 8
• Экологические проблемы химической промышленности — тема 27