Се́рная кислота́ H2SO4 — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха, с кислым «медным» вкусом. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3 : H2O 1 — раствор SO3 в серной кислоте (олеум).
Содержание
Название
Физические и физико-химические свойства
Олеум
Олеум содержит также пиросерные кислоты, получающиеся по реакциям:
Температура кипения водных растворов серной кислоты повышается с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании 98,3 % H2SO4.
Свойства водных растворов серной кислоты и олеума
Содержание % по массе
Плотность при 20 ℃, г/см³
Температура плавления, ℃
Температура кипения, ℃
H2SO4
SO3 (свободный)
10
—
1,0661
−5,5
102,0
20
—
1,1394
−19,0
104,4
40
—
1,3028
−65,2
113,9
60
—
1,4983
−25,8
141,8
80
—
1,7272
−3,0
210,2
98
—
1,8365
0,1
332,4
100
—
1,8305
10,4
296,2
104,5
20
1,8968
−11,0
166,6
109
40
1,9611
33,3
100,6
113,5
60
2,0012
7,1
69,8
118,0
80
1,9947
16,9
55,0
122,5
100
1,9203
16,8
44,7
Температура кипения олеума с увеличением содержания SO3 понижается. При увеличении концентрации водных растворов серной кислоты общее давление пара над растворами понижается и при содержании 98,3 % H2SO4 достигает минимума. С увеличением концентрации SO3 в олеуме, общее давление пара над ним повышается. Давление пара над водными растворами серной кислоты и олеума можно вычислить по уравнению:
величины коэффициентов А и В зависят от концентрации серной кислоты. Пар над водными растворами серной кислоты состоит из смеси паров воды, H2SO4 и SO3, при этом состав пара отличается от состава жидкости при всех концентрациях серной кислоты, кроме соответствующей азеотропной смеси.
С повышением температуры усиливается диссоциация:
Уравнение температурной зависимости константы равновесия:
При нормальном давлении степень диссоциации: 10⁻⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К).
Плотность 100%-ной серной кислоты можно определить по уравнению:
С повышением концентрации растворов серной кислоты их теплоемкость уменьшается и достигает минимума для 100%-ной серной кислоты, теплоемкость олеума с повышением содержания SO³ увеличивается.
При повышении концентрации и понижении температуры теплопроводность λ уменьшается:
где С — концентрация серной кислоты, в %.
Химические свойства
Серная кислота — сильный окислитель, особенно при нагревании и в концентрированном виде; окисляет HI и частично HBr 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 водородом, из-за чего не может применяться для его сушки. Разбавленная H2SO4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением. Окислительные свойства для разбавленной H2SO4 нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H2SO5 и пероксодисерная H2S2O8 кислоты.
Серная кислота реагирует также с основными оксидами, образуя сульфат и воду:
На металлообрабатывающих заводах раствор серной кислоты применяют для удаления слоя оксида металла с поверхности металлических изделий, подвергающихся в процессе изготовления сильному нагреванию. Так, оксид железа удаляется с поверхности листового железа действием нагретого раствора серной кислоты:
Применение
Серную кислоту применяют:
Мировое производство серной кислоты ок. 160 млн тонн в год. 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
Исторические сведения
Серная кислота известна с древности, встречаясь в природе в свободном виде, например, в виде озер вблизи вулканов. Возможно, первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса «зеленого камня», встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.
В IX веке персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO4•7H2O и CuSO4•5H2O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус, живший в XIII веке.
В XV веке алхимики обнаружили, что серную кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры, или из пирита — серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах. И только в середине 18 столетия, когда было установлено, что свинец не растворяется в серной кислоте, от стеклянной лабораторной посуды перешли к большим промышленным свинцовым камерам.
Дополнительные сведения
Получение серной кислоты
Стандарты
Примечания
Литература
Ссылки
H +
Li +
K +
Na +
NH4 +
Ba 2+
Ca 2+
Mg 2+
Sr 2+
Al 3+
Cr 3+
Fe 2+
Fe 3+
Ni 2+
Co 2+
Mn 2+
Zn 2+
Ag +
Hg 2+
Hg2 2+
Pb 2+
Sn 2+
Cu +
Cu 2+
OH −
P
P
P
—
P
М
Н
М
Н
Н
Н
—
Н
Н
Н
Н
Н
—
—
Н
Н
Н
Н
F −
P
Н
P
P
Р
М
Н
Н
М
Р
Н
Н
Н
Р
Р
М
Р
Р
М
М
Н
Р
Н
Р
Cl −
P
P
P
P
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Н
Р
Н
М
—
Н
Р
Br −
P
P
P
P
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Н
М
Н
М
Р
H
Р
I −
P
P
P
P
Р
Р
Р
Р
Р
Р
?
Р
—
Р
Р
Р
Р
Н
Н
Н
Н
М
Н
—
S 2−
P
P
P
P
—
Р
М
Н
Р
—
—
Н
—
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
SO3 2−
P
P
P
P
Р
М
М
М
Н
?
?
М
?
Н
Н
Н
М
Н
Н
Н
Н
?
Н
?
SO4 2−
P
P
P
P
Р
Н
М
Р
Н
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
М
—
Н
Н
Р
Р
Р
NO3 −
P
P
P
P
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
—
Р
—
Р
Р
NO2 −
P
P
P
P
Р
Р
Р
Р
Р
?
?
?
?
Р
М
?
?
М
?
?
?
?
?
?
PO4 3−
P
Н
P
P
—
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
?
Н
Н
Н
Н
CO3 2−
М
Р
P
P
Р
Н
Н
Н
Н
—
—
Н
—
Н
Н
—
Н
Н
—
Н
—
—
?
—
CH3COO −
P
Р
P
P
Р
Р
Р
Р
Р
—
Р
Р
—
Р
Р
Р
Р
Р
Р
М
Р
—
Р
Р
CN −
P
Р
P
P
Р
Р
Р
Р
Р
?
Н
Н
—
Н
Н
Н
Н
Н
Р
Н
Р
—
—
Н
SiO3 2−
H
Н
P
P
?
Н
Н
Н
Н
?
?
Н
?
?
?
Н
Н
?
?
?
Н
?
?
?
Полезное
Смотреть что такое «Серная кислота» в других словарях:
Серная кислота — – сильная двухосновная кислота, в стандартных условиях представляет собой маслянистую жидкость без цвета и запаха. Неочищенная серная кислота имеет желтоватый или буро желтый цвет. В технике серной кислотой называют ее смеси как с водой,… … Энциклопедия ньюсмейкеров
СЕРНАЯ КИСЛОТА — СЕРНАЯ КИСЛОТА, H2S04, Acidum sulfuri cum. Химически чистая безводная С. к. представляет собой хим. соединение серного ангидрида S03 (81,63%) и воды Н20 (18,37%). Это бесцветная, прозрачная, маслянистая, нелетучая жидкость, сильно… … Большая медицинская энциклопедия
Серная кислота — СЕРНАЯ КИСЛОТА, H2SO4, тяжелая маслянистая жидкость, tкип 296,2°C. Применяется в производстве минеральных удобрений, для получения различных химических веществ, химических волокон, дымообразующих и взрывчатых веществ, красителей, в органическом… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Серная кислота — обладает очень сильными коррозионными свойствами. Она представляет собой плотную маслянистую жидкость, бесцветную (если не содержит примесей), желтую или коричневую (в других случаях). Бурно реагирует с водой, сжигает кожу и большинство… … Официальная терминология
серная кислота — сущ., кол во синонимов: 1 • кислота (171) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
СЕРНАЯ КИСЛОТА — (H2SO4) сильная двухосновная кислота; бесцветная маслянистая жидкость; с водой смешивается во всех отношениях. Концентрированная С. к. реагирует почти со всеми металлами, образуя соли сульфаты. С. к. получают растворением в воде серного ангидрида … Российская энциклопедия по охране труда
СЕРНАЯ КИСЛОТА — (старое название купоросное масло) (H2SО4), токсичная жидкость без цвета и запаха, одна из самых едких известных кислот. Получается путем окисления сернистого газа (SO2) контактным способом. Является одним из основных химических соединений в… … Научно-технический энциклопедический словарь
серная кислота — Регулятор кислотности пищевого продукта, получаемый обжигом серного колчедана с последующим окислением выделяемой двуокиси серы в SO3, содержащий нитратов не более 10 мг/кг, хлоридов не более 50 мг/кг, железа не более 20 мг/кг, свинца не более… … Справочник технического переводчика
серная кислота — H2SO4, сильная двухосновная кислота. Безводная серная кислота бесцветная маслянистая жидкость, плотность 1,8305 г/см3, tпл 10,3°C, tкип 279,6°C. С водой смешивается во всех отношениях. Концентрированная серная кислота реагирует почти со всеми… … Энциклопедический словарь
Серная кислота. Общая характеристика, получение, химические свойства
Серная кислота, также известная как масло витриола, или купоросное масло представляет собой минеральную кислоту, состоящую из элементов серы, кислорода и водорода, с молекулярной формулой H2SO4.
Она является бесцветной, не имеющей запаха вязкой жидкостью, которая растворима в воде и синтезируется в реакциях, которые являются сильно экзотермическими.
Чистая серная кислота является вязкой прозрачной жидкостью, как масло, и это объясняет старое название кислоты («масло витриола»).
Обладает следующими важными характеристиками:
Серная кислота в истории
Мухаммад ибн Закарий аль-Рази (854-925) считается первым, кто произвел серную кислоту. Серная кислота была названа «маслом витриола» средневековыми европейскими алхимиками, потому что она была приготовлена обжаркой «зелёного купороса» (сульфата железа (II)) в железной реторте.
В 1736 году лондонский фармацевт Джошуа Уорд использовал этот метод для начала первого крупномасштабного производства серной кислоты.
После нескольких уточнений этот способ, называемый процессом в свинцовой камере или «камерный процесс», оставался стандартом для производства серной кислоты в течение почти двух столетий.
В 1831 году британский торговец уксусом Перегрин Филлипс запатентовал «контактный процесс», который был гораздо более экономичным процессом производства серного ангидрида и концентрированной серной кислоты.
Получение серной кислоты
Существует несколько способов получения серной кислоты, в частности
Серная кислота и Вода
Концентрированная серная кислота обладает очень мощным дегидратирующим свойством, удаляя воду (H2O) из других химических соединений, включая сахар и другие углеводы, и получая углерод, тепло и пар.
Приготовление разбавленной кислоты может быть опасным из-за тепла, выделяющегося в процессе разбавления.
Вода обладает более высокой теплоемкостью, чем кислота, и поэтому сосуд из холодной воды будет поглощать тепло по мере добавления кислоты.
Поскольку реакция гидратации серной кислоты является очень экзотермической, разбавление всегда должно осуществляться добавлением кислоты к воде, а не воды к кислоте.
Реакция находится в равновесии, которое способствует быстрому протонированию воды, добавление кислоты к воде гарантирует, что кислота является ограничительным реагентом.
Эту реакцию лучше всего рассматривать как образование ионов гидроксония:
Серная кислота и Ожоги
Серная кислота способна вызывать сильные ожоги, особенно когда она находится в высоких концентрациях.
Серная кислота и ее Опасность
Основными профессиональными рисками, создаваемыми этой кислотой, являются контакт с кожей, приводящий к ожогам и вдыхание паров.
При более низких концентрациях наиболее часто сообщаемым симптомом хронического воздействия сернокислотных аэрозолей является эрозия зубов, обнаруженная практически во всех исследованиях.
В США допустимый предел воздействия на серную кислоту установлен на уровне 1 мг/м3: пределы в других странах аналогичны. Были сообщения о приеме серной кислоты в пищу, приводящем к дефициту витамина B12 с комбинированной дегенерацией.
Серная кислота и ее Применение
Производство H2SO4 в стране является хорошим показателем ее промышленной прочности.
Мировое производство в 2004 году составило около 180 миллионов тонн при следующем географическом распределении:
Большая часть этого количества (≈60%) потребляется на удобрения, в частности на суперфосфаты, фосфат аммония и сульфаты аммония.
Около 20% используется в химической промышленности для производства моющих средств, синтетических смол, красителей, фармацевтических препаратов, нефтяных катализаторов, инсектицидов и антифризов, а также в различных процессах, таких как кислотизация нефтяных скважин, восстановление алюминия, проклеивание бумаги, обработка воды.
Около 6% применений относятся к пигментам и включают краски, эмали, печатные краски, мелованные ткани и бумагу.
Остальное количество ( ≈14% ) применяется в таких отраслях, как производство взрывчатых веществ, целлофана, ацетата и вискозного текстиля, смазочных материалов, цветных металлов и батарей.
Серная кислота и Водоросли
H2SO4 используется в качестве защиты некоторыми морскими видами, например, фаэофит Desmarestiamunda (порядок Desmarestiales) концентрирует серную кислоту в клеточных вакуолях.
Серная кислота и Венера
Серная кислота образуется в верхних слоях атмосферы Венеры при фотохимическом воздействии Солнца на диоксид углерода, диоксид серы и водяной пар.
В верхних, более холодных частях атмосферы Венеры серная кислота существует в виде жидкости, а густые облака серной кислоты полностью затмевают поверхность планеты, если смотреть сверху.
Серная кислота и Европа
Инфракрасные спектры, полученные космическим аппаратом NASA Galileo, показывают различные поглощения на спутнике Юпитера Европе, которые приписываются одному или нескольким гидратам серной кислоты.
Трактовка спектров несколько спорна. Некоторые планетологи предпочитают присваивать спектральные особенности сульфатному иону, возможно, как части одного или нескольких минералов на поверхности Европы.
Серная кислота на Земле
Чистая серная кислота не встречается естественным образом на Земле в безводной форме из-за ее большого сродства к воде.
Диоксид серы является основным побочным продуктом, получаемым при сжигании серосодержащих видов топлива, таких как уголь или нефть.
Поскольку серная кислота достигает перенасыщения в стратосфере, она может образовать частицы аэрозоля и обеспечить поверхность для роста аэрозоля путем конденсации и коагуляции с другими аэрозолями вода-серная кислота, что приводит к образованию стратосферного аэрозольного слоя.
