Тема 10

Элементы 16 группы. Производство серной кислоты

Что проверяют по спецификации:

Кислород и озонСера и её соединенияСерная кислотаКонтактный способ производства

Суть за минуту

В 16 группе стоят кислород и сера. Кислород образует две аллотропные формы — O2 и озон O3. Сера даёт сероводород, сернистый газ SO2, серный ангидрид SO3 и серную кислоту. Серную кислоту в промышленности получают контактным способом в три стадии: получение SO2, его окисление до SO3 на катализаторе и поглощение SO3.

Главные формулы

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Стадия 1: обжиг пирита (или S + O2 → SO2)
2SO2 + O2 ⇌ 2SO3
Стадия 2: катализатор V2O5, 400–500 °C
SO3 + H2SO4 → H2SO4·SO3
Стадия 3: поглощение — олеум
Cu + 2H2SO4(конц) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Концентрированная кислота — окислитель

Понятия и термины

Олеум
Раствор SO3 в 100%-ной серной кислоте
Озон
O3, аллотроп кислорода, защищает Землю от ультрафиолета
Пирит
Серный колчедан FeS2 — сырьё для серной кислоты
Купорос
Кристаллогидраты сульфатов: медный CuSO4·5H2O, железный FeSO4·7H2O

Разбор темы

Почему поглощают серной кислотой

Если поглощать SO3 водой, образуется сернокислотный туман, который плохо улавливается. Поэтому SO3 поглощают концентрированной H2SO4, получают олеум, а затем разбавляют его.

Окисление SO2 — экзотермическая обратимая реакция, поэтому температуру не повышают слишком сильно, а для скорости используют катализатор.

Свойства серной кислоты

Разбавленная — обычная сильная кислота: с металлами до H выделяет H2, качественная реакция на сульфат: Ba2+ + SO42− → BaSO4↓ (белый).

Концентрированная — сильный окислитель и водоотнимающее средство: обугливает сахар и бумагу, пассивирует Fe и Al на холоде, с медью выделяет SO2.

Правило разбавления: кислоту льют в воду, а не наоборот.

Примеры задач с решением

Задача 1Сколько тонн 100%-ной серной кислоты можно получить из 1 т пирита FeS2?
  1. M(FeS2) = 56 + 64 = 120 г/моль; n = 1 000 000 / 120 ≈ 8 333 моль.
  2. Из 1 моль FeS2 получается 2 моль S, а значит 2 моль H2SO4: n = 16 667 моль.
  3. m(H2SO4) = 16 667 · 98 ≈ 1 633 000 г ≈ 1,63 т.
Ответ ≈ 1,63 т

Частые ловушки на ЕНТ

  • Катализатор окисления SO2 — V2O5, а не Fe и не Pt (Pt использовали раньше).
  • SO3 поглощают концентрированной H2SO4, а не водой.
  • Концентрированная H2SO4 с медью даёт SO2, а не H2.

Запомнить

Контактный способ: S/FeS2 → SO2 → (V2O5) SO3 → олеум → H2SO4.

Проверь себя

1. Катализатор окисления SO2 в SO3:
  1. Fe
  2. V2O5
  3. MnO2
  4. Ni
Показать ответ

V2O5 Оксид ванадия(V).

2. Чем поглощают SO3 в производстве?
  1. Водой
  2. Концентрированной H2SO4
  3. Раствором щёлочи
  4. Аммиаком
Показать ответ

Концентрированной H2SO4 Чтобы не образовывался туман.

3. Реагент на сульфат-ион:
  1. AgNO3
  2. Ион Ba2+
  3. Фенолфталеин
  4. Ион NH4+
Показать ответ

Ион Ba2+ Выпадает белый BaSO4.

Связанные темы

4. Кинетика. Химическое равновесие9. Элементы 15 группы: азот и фосфор18. Задачи: выход, олеум, смеси, пластинка, электролиз

Узнай свой уровень: бесплатная диагностика ЕНТ