Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Верны ли следующие утверждения о производстве серной кислоты?
А. Сырьём для производства серной кислоты служат сера (или пирит), кислород и вода.
Б. Производство серной кислоты не требует применения катализаторов.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба утверждения
4) оба утверждения неверны
Спрятать решение
Решение.
Сырьём для производства серной кислоты действительно служат сера (или пирит), кислород и вода.
Производство серной кислоты требует применения катализаторов на стадии окисления диоксида серы в триоксид.
Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита (серного колчедана) FeS2.
Основные стадии получения серной кислоты :
- Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
- Очистка полученного газа от примесей.
- Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
- Взаимодействие серного ангидрида с водой.
Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):
| Аппарат | Назначение и уравнения реакций |
| Печь для обжига | 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q
Измельченный очищенный пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800оС |
| Циклон | Из печи выходит печной газ, который состоит из SO2, кислорода, паров воды и мельчайших частиц оксида железа. Такой печной газ очищают от примесей. Очистку печного газа проводят в два этапа. Первый этап — очистка газа в циклоне. При этом за счет центробежной силы твердые частички ссыпаются вниз. |
| Электрофильтр | Второй этап очистки газа проводится в электрофильтрах. При этом используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра). |
| Сушильная башня | Осушку печного газа проводят в сушильной башне – снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льется концентрированная серная кислота. |
| Теплообменник | Очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата. |
| Контактный аппарат | 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q
В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):
Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню. |
| Поглотительная башня |
Получение H2SO4 протекает в поглотительной башне. Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3. nSO3 + H2SO4 → H2SO4·nSO3 Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю. |
Общие научные принципы химического производства:
- Непрерывность.
- Противоток
- Катализ
- Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
- Теплообмен
- Рациональное использование сырья
Задание №1:
Установите соответствие между аппаратом, который используется в химическом производстве, и процессом, происходящем в этом аппарате.
АППАРАТ:
А) печь кипящего слоя
Б) колонна синтеза
В) поглотительная башня
ПРОЦЕСС:
1) взаимодействие водорода и азота
2) окисление оксида азота(IV)
3) получение олеума
4) получение оксида серы(IV)
Решение:
Итак, рассмотрим первый пункт — печь для обжига в «кипящем слое».
Кипящий слой — это часть процесса производства серной кислоты, в которой совмещены твердая и жидкая фазы; при помощи этой технологии получают сернистый газ(SO2), ответ 4.
Колонна синтеза — это сложный аппарат, направленный на получение аммиака из водорода и азота, ответ 1.
Поглотительная башня используется при получении олеума(раствор SO3 в серной кислоте), ответ 3.
Задание №2:
Установите соответствие между осуществляемым в промышленности процессом и оборудованием, которое используется при получении серной кислоты.
ПРОЦЕСС:
А) получение сернистого газа
Б) получение олеума
В) получение оксида серы(VI)
ОБОРУДОВАНИЕ:
1) окислительная башня
2) печь «кипящего слоя»
3) контактный аппарат
4) поглотительная башня
Решение:
Получение сернистого газа сопровождается обжигом пирита(FeS) в печи «кипящего слоя», ответ 2.
Получение олеума происходит путем растворения оксида серы(SO3) в серной кислоте, сам процесс осуществляется в поглотительной башне, ответ 4.
Оксид серы(VI) получают в контактном аппарате с помощью каталитического окисления SO2, ответ 3.
Задание №3:
Установите соответствие между веществом и основной областью его применения.
ВЕЩЕСТВО:
А) стирол
Б) этиленгликоль
В) синтез-газ
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) получение полиэфиров
2) производство маргарина
3) производство метанола
4) получение пластмасс
Решение:
Стирол(винилбензол) — это гомолог бензола, имеет формулу C6H5ꟷCH=CH2, за счет наличия кратной связи способен к реакциям полимеризации, в частности, в производстве пластмасс, ответ 4.
Этиленгликоль(1,2-этандиол) — это двухатомный спирт, который используется при получении полиэфиров, так как имеет две OH группы, которые потенциально могут вступать в реакцию поликонденсации с образованием полиэтилентерефталата (наши «любимые» пластиковые бутылки), ответ 1.
Синтез-газ(CO + H2) — довольно известная смесь угарного газа и водорода, используется при промышленном способе получения метилового спирта(метанола), ответ 3.
Задание №4:
Установите соответствие между веществом и способом его попадания в окружающую среду.
ВЕЩЕСТВО:
А) углекислый газ
Б) оксиды азота
В) гексахлоран
СПОСОБ ПОПАДАНИЯ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ:
1) сгорание углеводородного топлива
2) борьба с насекомыми
3) протравливание семян
4) сточные воды
Решение:
Углекислый газ и оксиды азота попадают в окружающую среду путем сгорания углеводородного топлива, А и Б ответ 1.
Гексахлоран используется в качестве инсектицида, ответ 2.
Задание №5:
Установите соответствие между названием процесса переработки нефти и его результатом.
НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА:
А) риформинг
Б) перегонка нефти
В) крекинг
РЕЗУЛЬТАТ:
1) разделение нефти на фракции
2) получение смазочных масел
3) увеличение количества легкокипящих фракций
4) получение ароматических углеводородов
Решение:
Риформинг — это процесс переработки алифатических углеводородов в ароматические(например, бензол), здесь подходит вариант 4.
Перегонка нефти приводит к разделению ее на фракции(лигроин, мазут, бензин), ответ 1.
Крекинг — это процесс высокотемпературного расщепления нефти с получением низкомолекулярных органических соединений, ответ 3.
Задание №6:
Установите соответствие между металлом и веществом, которое используется для получения этого металла в промышленности, или способом промышленного получения.
МЕТАЛЛ:
А) железо
Б) алюминий
В) натрий
ВЕЩЕСТВО /СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ:
1) красный железняк
2) электролиз раствора оксида в криолите
3) электролиз раствора поваренной соли
4) электролиз расплава поваренной соли
Решение:
Железо — в промышленности его получают из красного железняка, или гематита, который имеет формулу Fe2O3, ответ 1.
Алюминий можно получить электролизом Al2O3 в расплаве криолита, ответ 2.
Криолит, или гексафторалюминат натрия(Na3AlF6) — это необычный, редкий минерал, впервые обнаружен в Гренландии(отсюда название(криос — холод, литос — камень)), плавится при температуре 1012 С,
может растворять оксиды алюминия, что позволяет легко извлекать алюминий электролизом.
Натрий — для него здесь указано два возможных пункта, 3 и 4, однако, чистый Na можно получить только в РАСПЛАВЕ поваренной соли(NaCl), ответ 4.
Задание №7:
Установите соответствие между смесью веществ и способом разделения данной смеси.
СМЕСЬ ВЕЩЕСТВ:
А) вода и этиловый спирт
Б) вода и глина
В) вода и поташ
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ:
1) фильтрование
2) выпаривание
3) использование делительной воронки
4) перегонка
Решение:
Первая смесь — вода и этиловый спирт, она может быть разделена перегонкой, ответ 4.
Следующая смесь — вода и глина, здесь нужно использовать фильтрование, ответ 1.
Последний ряд веществ — вода и поташ; поташ имеет формулу K2CO3, как и все соли калия, она растворима, и отделить ее от воды можно путем выпаривания, ответ 2.
Задание №8:
Установите соответствие между веществом и областью его применения.
ВЕЩЕСТВО:
А) изопропилбензол
Б) этанол
В) триолеин
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) получение полиэфиров
2) получение ацетона
3) производство маргарина
4) получение дивинила
Решение:
Первое вещество — изопропилбензол, или кумол, оно используется для получения ацетона, ответ 2.
Второе соединение — этанол, который имеет важное значение для получения дивинила, или бутадиена-1,3(это реакция Лебедева, проведенная в 1926 году, давшая начало производству синтетического каучука), ответ 4.
Последнее вещество в списке — триолеин, составной частью этого химического соединения является «олеин», что означает принадлежность к жирам, а соответственно, к получению маргарина, ответ 3.
Задание №9:
Установите соответствие между веществом и основной областью его применения.
ВЕЩЕСТВО:
А) криолит
Б) пирит
В) метилметакрилат
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) производство антифриза
2) получение алюминия
3) производство серной кислоты
4) получение органического стекла
Решение:
Криолит(Na3AlF6) используется при получении чистого алюминия путем электролиза, ответ 2.
Пирит(FeS2) является начальной составной частью производства серной кислоты, ответ 3.
Метилметакрилат(метил-2-метилпроп-2-еноат) — это сложное органическое соединение, из которого получают органическое стекло, ответ 4.
Задание №10:
Установите соответствие между веществом и областью его применения.
ВЕЩЕСТВО:
А) глицерин
Б) формальдегид
В) глюкоза
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) получение полиэфиров
2) получение взрывчатых веществ
3) хранение биологических препаратов
4) источник энергии в организме
Решение:
Глицерин, или 1,2,3 — пропантриол, это трехатомный спирт, который используется для получения нитроглицерина, являющегося составной частью взрывчатых веществ, ответ 2.
Формальдегид, или муравьиный альдегид, хорошо знаком биологам для сохранения биологических объектов в течение длительного времени, ответ 3.
Глюкоза(C6H12O6) — это моносахарид, который является источником АТФ(энергия) в организме живых существ, ответ 4.
Задание №11:
Установите соответствие между происхождением полимера и его названием.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОЛИМЕРА:
А) природный органический
Б) синтетический органический
В) искусственный органический
Название полимера:
1) сахароза
2) пенька
3) полиэфир
4) вискоза
Решение:
Природный органический полимер — из данного списка нам подходит пенька(грубое лубяное конопляное волокно), ответ 2.
Синтетический органический полимер из указанных веществ — полиэфир, ответ 3.
Искусственным органическим полимером является вискоза, ответ 4.
На сегодня все!
4.2.2.1 Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола).
Производство аммиака
Промышленный синтез аммиака основан на прямом взаимодействии простых веществ — азота N2 и водорода H2. Азот, используемый при производстве аммиака, получают фракционной перегонкой жидкого воздуха, а водород – паровой конверсией угля или природного газа:
Рассмотрим уравнение взаимодействия азота с водородом:
Данная реакция является каталитической, т.е. ее скорость многократно возрастает в присутствии катализатора. В качестве катализатора синтеза аммиака из азот-водородной смеси используют катализатор на основе пористого железа.
Поскольку реакция взаимодействия азота с водородом является экзотермической, то для смещения равновесия в сторону образования аммиака процесс целесообразно проводить при низких температурах. Однако без нагревания скорость реакции взаимодействия азота с водородом ничтожно мала, поэтому для синтеза аммиака при выборе температурных условий приходится ориентироваться на «золотую середину». Такой «золотой серединой» является температура около 400-500 оС.
Негативным следствием использования высокой температуры является то, что равновесие реакции сильно смещается в сторону обратной реакции – разложения аммиака, вследствие чего падает его выход.
Согласно уравнению взаимодействия азота и водорода, при протекании реакции суммарное количество газообразных веществ уменьшается, ведь при взаимодействии 3 моль водорода и 1 моль азота (всего 4 моль) взамен образуется только 2 моль аммиака. Поэтому, исходя из принципа Ле Шателье, негативные эффекты, связанные с разложением аммиака, можно снизить, осуществляя процесс под высоким давлением. Давление азот-водородной смеси в колонне синтеза создается с помощью турбокомпрессора и составляет около 300 атм. Тем не менее, даже несмотря на использование колоссального давления, степень превращения азот-водородной смеси «за один заход» не превышает 20 %. Дальнейшее повышение давления по ряду причин невозможно, поэтому проблема низкого выхода решается довольно простым способом. Образовавшийся аммиак отделяется в сепараторе от непрореагировавшей азот-водородной смеси, а оставшаяся смесь направляется с помощью циркуляционного компрессора обратно в колонну синтеза вместе с новой порцией сырья. Такой прием носит название принципа циркуляции. Благодаря принципу циркуляции степень превращения азот-водородной смеси в аммиак удается повысить до 95%.
Производство серной кислоты
В качестве серосодержащего сырья для производства серной кислоты могут быть использованы сера или сероводород (побочные продукты нефтепереработки), минерал пирит FeS2, а также сульфиды некоторых других d-элементов. Никакие другие виды сырья не используются.
В настоящий момент основным сырьем для производства серной кислоты являются сероводород и сера, поскольку они в огромных количествах образуются в качестве побочных продуктов нефтепереработки.
Однако же в школьной программе пока еще по-прежнему считается, что серная кислота производится преимущественно из пирита, в связи с чем и мы будем рассматривать основные стадии производства серной кислоты именно этого же сырья.
Первая стадия
Заключается в сжигании предварительно измельченного пирита в токе обогащенного кислородом воздуха. Процесс протекает в соответствии с уравнением:
Обжиг осуществляют при температуре около 800 оС в печи для обжига. В процессе обжига используют так называемый метод кипящего слоя – частицы измельченного пирита подаются в печь сверху, а воздух — снизу. В результате этого раскаленные частицы пирита оказываются подвешенными в токе воздуха, внешне напоминая кипящую жидкость.
После обжига пирита полученный печной газ, содержащий диоксид серы, отделяется от твердых примесей огарка (Fe2O3) с помощью циклона. Циклоном называют аппарат, в котором происходит грубая очистка печных газов за счет центробежной силы от наиболее крупных твердых частиц. Далее после грубой очистки смесь газов проходит более глубокую очистку уже от оставшихся мелких твердых частиц с помощью электрофильтра. Принцип действия электрофильтра основан на том, что к наэлектризованным металлическим пластинам прилипает пыль, которая после скопления ссыпается с них под собственным весом в приемник.
После очистки от твердых примесей печной газ направляется в нижнюю часть так называемой сушильной башни, в верхнюю часть которой впрыскивается концентрированная серная кислота на встречу газу. При таком варианте осуществления фактически сталкиваются два потока — смеси газов, идущей снизу, и струи жидкой концентрированной серной кислоты, текущей сверху. Очевидно, что в результате этого достигается максимальная степень «смешения» газа с осушающей жидкостью. Данный прием носит название принципа противотока.
Вторая стадия
После очистки от твердых примесей и осушки концентрированной серной кислотой газы поступают в контактный аппарат. В контактном аппарате расположены полки с катализатором V2O5, который катализирует взаимодействие диоксида серы с кислородом в соответствии с уравнением:
Аналогично реакции взаимодействия азота с водородом, рассмотренной выше, данная реакция также является каталитической, экзотермической и протекает с уменьшением количества газообразных веществ. Поэтому с точки зрения принципа Ле Шателье ее следовало бы проводить при низких температурах. Однако при низких температурах скорость реакции крайне низка, и ее осуществляют при оптимальной температуре около 400-500 оС. Смещения равновесия реакции в сторону разложения SO3 при повышении температуры удается практически полностью избежать, проводя реакцию при повышенном давлении.
Третья стадия (заключительная)
После второй стадии образовавшийся триоксид серы поступает в часть установки, называемую поглотительной башней.
Из названия данного аппарата логичным было бы предположить, что триоксид серы в нем поглощается в этой части установки водой, ведь триоксид серы, взаимодействуя с водой, образует серную кислоту. Однако в реальности серный ангидрид SO3 поглощают не водой (!!!), а концентрированной серной кислотой. Связано это с тем, что при смешении серного ангидрида с водой выделяется колоссальное количество теплоты, в результате чего сильно возрастают температура, давление и образуются мельчайшие капли трудноуловимого сернокислотного тумана.
В результате поглощения SO3 концентрированной серной кислотой фактически образуется раствор SO3 в безводной серной кислоте, который называют олеумом. Далее образующийся олеум собирается в металлические емкости и отправляется на склад. Серную кислоту необходимой концентрации получают, добавляя к олеуму воду в нужной пропорции. В результате добавления воды избыток SO3 превращается в серную кислоту.
Производство метанола
Производство метанола основано на реакции взаимодействия угарного газа CO с водородом H2, которая протекает в соответствии с уравнением:
Технологическая цепочка производства метанола практически идентична таковой для получения аммиака. Это обусловлено определенным сходством реакций. Так, например, реакции образования аммиака и метанола являются экзотермическими, обратимыми, каталитическими и протекают с уменьшением объема газообразных веществ.
В синтезе метанола из угарного газа и водорода используются все те же приемы, что и в синтезе аммиака из азот-водородной смеси, в частности:
- наличие катализатора в колонне синтеза;
- принцип теплообмена;
- использование высокого давления для повышения выхода продукта;
- использование высокой температуры для увеличения скорости реакции;
- принцип циркуляции.
- Курс
Меня зовут Быстрицкая Вера Васильевна.
Я репетитор по Химии
![[[pictureof]]](https://dist-tutor.info/s3/dist-tutor/user/20094/ava/thumbnails/mQ6siSVtAT1Szar.jpg)
Вам нужны консультации по Химии по Skype?
Если да, подайте заявку. Стоимость договорная.
Чтобы закрыть это окно, нажмите «Нет».
АММИАК NH₃ — бесцветный газ с чрезвычайно острым, характерным, вызывающим слезы запахом
Схема производства аммиака включает следующие стадии:
Вспомогательный материал: катализатор (пористое железо)
1. Основной химический процесс: азотоводородную смесь получают парокислородной конверсией метана:
СН4 + Н2O(г) ↔ СО + ЗН2 — 207 кДж
2СН4+ O2 ↔ 2СО + 4Н2 + 70 кДж
СО + Н2O(г) ↔ СO2 + Н2 + 42 кДж
Газы реагируют при 450—500 °С в присутствии катализатора под давлением 15-106 Па с образованием 10—20% аммиака:
N2 + ЗН2 ↔ 2NН3 + 92 кДж
Данная реакция:
- обратимая
- экзотермическая
- каталитическая
- гетерогенная (катализатор – твердое вещество)
Оптимальные условия:
- температура 400-500 0С
- давление 15-30 МПа
- катализатор – порошкообразное железо с примесью оксидов алюминия и калия
ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
H2SO4 -бесцветная маслянистая жидкость без запаха плотностью 1,83 г/см3
Пагубно действует на растительные и животные ткани, отнимая от них воду, вследствие чего они обугливаются.
С водой смешивается во всех соотношениях, причём при разбавлении соединения водой происходит сильное разогревание, сопровождающееся разбрызгивание жидкости.
Одна из самых сильных кислот. В водных растворах практически полностью диссоциирует на ионы:
H2SO4 = 2 Н+ + SO42-
Раствор оксида серы (+6) SO3 в серной кислоте называется олеумом H2SO4∙SO3
- S(самородная сера)
- H2S(сероводород)
- Cu2S, ZnS, PbS (цветные металлы)
- CaSO4*2H2O (гипс)
- FeS2 (пирит) – содержание серы 54,3%.
Вспомогательные материалы:
серная кислота (98%), катализатор — оксид ванадия (V).
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА
I СТАДИЯ
Обжиг сырья (пирита) и получение оксида серы SO2.
4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + Q
(минерал пирит)
Условия
1. Воздух, обогащенный кислородом.
2. t=8000 , теплота экзотермической реакции отводиться.
3. «Кипящий» слой (принцип противотока — увеличение площади соприкосновения).
4. Время обжига — несколько секунд, процесс непрерывный
ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ ДЛЯ II СТАДИИ
Прежде чем приступить ко II стадии SO2 очищают от пыли:
Циклон – от крупных частиц пыли.
Электрофильтр – от мелких частиц пыли
Осушить в сушильной башне – поглощается газ концентрированной серной кислотой
Нагреть до t=4000 в теплообменнике
ПРИНЦИПЫ II СТАДИИ (контактный аппарат)
2 SO2 + O2 ↔ 2 SO3 + Q
1. Понижение температуры от 6000С до 4000С.
2. Повышение давления
3. Катализатор V2O5 на керамике.
4. Окисление в «кипящем слое» катализатора.
5. Противоточное движение.
6. Теплообмен.
III СТАДИЯ: ПОГЛОЩЕНИЕ СЕРНОГО ГАЗА (ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ БАШНЯ)
SO3+H2O=H2SO4+Q (t до 300оС)
1. Противоток газа и кислоты
2. Увеличивают площадь соприкосновения (керамические кольца Рашига)
3. Отводят продукты реакции
4. Орошают 98% серной кислотой, образуется олеум (раствор SO3 в H2SO4)
ТРАНСПОРТИРОВКА И ХРАНЕНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Транспортируют в железнодорожных и автоцистернах из кислотостойкой стали
Хранят в герметически закрытых емкостях из полимера или нержавеющей стали, покрытой кислотоупорной плёнкой
ПОТРЕБЛЕНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
1. Производство минеральных удобрений.
2. Производство сульфатов (солей серной кислоты).
3. Производство синтетических волокон.
4. Черная и цветная металлургия.
5. Производство органических красителей.
6. Спирты, кислоты, эфиры(орг. вещества).
7. Пищевая промышленность(патока, глюкоза), эмульгатор (загуститель) Е513.
8. Нефтехимия(минеральные масла).
9. Производство взрывчатых веществ.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ УЩЕРБ ПРОИЗВОДСТВА
При аварийных выбросах в атмосферу попадают соединения серы: SO2;SO3; H2S; H2SO4; Fe2O3(пыль)
ПОСЛЕДСТВИЯ: «закисление» почв и водоёмов, «металлизация» атмосферы
РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ:
1. Непрерывность технологического процесса;
2. Комплексное использование сырья;
3. Совершенствование технологического оборудования.
ПРОИЗВОДСТВО МЕТАНОЛА
Сегодня исходный синтез-газ (сингаз) для синтеза метанола получают в результате конверсии (превращения) углеводородного сырья:
природного газа, коксового газа, жидких углеводородов (нефти, мазута, легкого каталитического крекинга) и твердого топлива (угля, сланцев).
Исходный газ для синтеза метанола можно получить почти из всех видов сырья, которые используют при получении водорода, например в процессах синтеза аммиака. Поэтому производство метанола часто базируется на тех же сырьевых ресурсах, что и производство аммиака и поэтому является составной частью основного химического производства.
Примером такого смешанного производства являются ОАО «Невинномысский Азот», расположенное в г. Невинномысске (Ставропольский край) и НПО «Азот» в г. Новомосковске.
ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНОЛА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА.
1 стадия:
Конверсия природного газа в синтез-газ:
СН4 +Н2О = СО + 3Н2
метан синтез-газ
2 стадия:
Каталитический синтез метанола из монооксида углерода и водорода
Сырьем для синтеза метанола служит синтез-газ (CO + H2), обогащенный водородом:
Процесс осуществляют на цинк-хромовых и медьсодержащих катализаторах.
На отечественных производствах метанола в основном используют активный цинк-хромовый катализатор (3ZnO-ZnCr2О4) при 380—4000C и давлении 20 – 30 МПа.
Выбирая оптимальный температурный режим и величину давления, необходимо учитывать возможность образования побочных соединений: метана, высших спиртов, кислот, альдегидов, кетонов и эфиров.
Эти реакции обусловливают бесполезный расход синтез-газа и удорожают очистку метанола.
Таким образом, промышленный синтез метилового спирта включает три основные стадии:
1. получение смеси окиси углерода и водорода (синтез-газ);
2. получение метилового спирта-сырца;
3. выделение и очистка метилового спирта (ректификация).
Серная кислота — сильная двухосновная кислота, при н.у. маслянистая жидкость без цвета и запаха.
Обладает выраженным дегидратационным (водоотнимающим) действием. При попадании на кожу или слизистые оболочки приводит к тяжелым ожогам.
Замечу, что существует олеум — раствор SO3 в безводной серной кислоте, дымящее жидкое или твердое вещество. Олеум применяется
при изготовлении красителей, органическом синтезе и в производстве серной кислот.
Известны несколько способов получения серной кислоты. Применяется промышленный (контактный) способ, основанный на сжигании пирита, окислении
образовавшегося SO2 до SO3 и последующим взаимодействием с водой.
SO2 + O2 ⇄ (кат. — V2O5) SO3
Нитрозный способ получения основан на взаимодействии сернистого газа с диоксидом азота IV в присутствии воды. Он состоит из нескольких этапов:
1. NO + O2 → NO2
Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием
нитрозилсерной кислоты:
2. NO + NO2 + 2H2SO4 = 2NO(HSO4) + H2O
3. NO(HSO4) + H2O = H2SO4 + HNO2
В водном растворе диссоциирует ступенчато.
H2SO4 ⇄ H+ + HSO4—
HSO4— ⇄ H+ + SO42-
Сильная кислота. Реагирует с основными оксидами, основаниями, образуя соли — сульфаты.
MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O
KOH + H2SO4 = KHSO4 + H2O (гидросульфат калия, соотношение 1:1 — кислая соль)
2KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2H2O (сульфат калия, соотношение 2:1 — средняя соль)
С солями реакция идет, если в результате выпадает осадок, образуется газ или слабый электролит (вода). Серная кислота, как и многие
другие кислоты, способна растворять осадки.
BaBr2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HBr
MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + CO2↑ + H2O
Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O
Серная кислота окисляет неметаллы — серу и углерод — соответственно до угольной кислоты (нестойкой) и сернистого газа.
S + H2SO4 → SO2 + H2O
C + H2SO4 → CO2 + SO2 + H2O
Реакции разбавленной серной кислоты с металлами не составляют никаких трудностей: она реагирует как самая обычная кислота, например HCl.
Все металлы, стоящие до водорода, вытесняют из серной кислоты водород, а стоящие после — не реагируют с ней.
Подчеркну, что реакции разбавленной серной кислоты с железом и хромом не сопровождаются переходом этих элементов в максимальную степень окисления.
Они окисляются до +2.
Fe + H2SO4(разб.) → FeSO4 + H2↑
Zn + H2SO4(разб.) → ZnSO4 + H2↑
Cu + H2SO4(разб.) ⇸ (реакция не идет, медь не может вытеснить водород из кислоты)
Концентрированная серная кислота ведет себя совершенно по-иному. Водород никогда не выделяется, вместо него с активными металлами
выделяется H2S, с металлами средней активности — S, с малоактивными металлами — SO2.
Na + H2SO4(конц.) → Na2SO4 + H2S + H2O
Zn + H2SO4(конц.) → ZnSO4 + S + H2O
Cu + H2SO4(конц.) → CuSO4 + SO2 + H2O
Холодная концентрированная серная кислота пассивирует Al, Cr, Fe, Ni, Be, Co. При нагревании или амальгамировании
данных металлов реакция идет.
Обратите особое внимание, что при реакции железа, хрома с концентрированной серной кислотой достигается степень окисления +3.
В подобных реакциях с разбавленной серной кислотой (написаны выше) достигается степень окисления +2.
Fe + H2SO4(конц.) → (t) Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
Cr + H2SO4(конц.) → (t) Cr2(SO4)3 + SO2 + H2O
Иногда в тексте задания даны подсказки. Например, если написано, что выделился газ с неприятным запахом тухлых яиц — речь идет
об H2S, если же написано, что выделилось простое вещество — речь о сере (S).
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.