लेख में ओवीआर को विशेष रूप से रंग में हाइलाइट किया गया है। उन पर विशेष ध्यान दें. ये समीकरण परीक्षा में फंस सकते हैं.
पतला सल्फ्यूरिक एसिड अन्य एसिड की तरह व्यवहार करता है, इसकी ऑक्सीडेटिव क्षमताओं को छुपाता है:
और एक और बात याद रखने योग्य है पतला सल्फ्यूरिक एसिड: वह सीसे के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता. तनु H2SO4 में फेंके गए सीसे के एक टुकड़े को अघुलनशील (घुलनशीलता तालिका देखें) लेड सल्फेट की एक परत से ढक दिया जाता है और प्रतिक्रिया तुरंत बंद हो जाती है।
सल्फ्यूरिक एसिड के ऑक्सीकरण गुण
- भारी तैलीय तरल, गैर-वाष्पशील, स्वादहीन और गंधहीन
+6 (उच्च) ऑक्सीकरण अवस्था में सल्फर के कारण, सल्फ्यूरिक एसिड मजबूत ऑक्सीकरण गुण प्राप्त कर लेता है।
सल्फ्यूरिक एसिड समाधान तैयार करते समय कार्य 24 (पुराना ए24) के लिए नियम इसमें कभी भी पानी न डालें. सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड को लगातार हिलाते हुए एक पतली धारा में पानी में डालना चाहिए।
धातुओं के साथ सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड की परस्पर क्रिया
ये प्रतिक्रियाएं सख्ती से मानकीकृत हैं और योजना का पालन करती हैं:
H2SO4(सांद्र) + धातु → धातु सल्फेट + H2O + कम सल्फर उत्पाद।
दो बारीकियाँ हैं:
1) एल्यूमीनियम, लोहाऔर क्रोमियमनिष्क्रियता के कारण सामान्य परिस्थितियों में H2SO4 (conc) के साथ प्रतिक्रिया न करें। गर्म करने की जरूरत है.
2) सी प्लैटिनमऔर सोना H2SO4 (conc) बिल्कुल भी प्रतिक्रिया नहीं करता है।
गंधकवी सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड- ऑक्सीकारक
- इसका मतलब है कि वह खुद ठीक हो जाएगी;
- ऑक्सीकरण की डिग्री जिससे सल्फर कम हो जाएगा वह धातु पर निर्भर करता है।
विचार करना सल्फर ऑक्सीकरण अवस्था आरेख:
- पहले -2
सल्फर को केवल बहुत सक्रिय धातुओं द्वारा ही कम किया जा सकता है - वोल्टेज की एक श्रृंखला में एल्युमीनियम तक और इसमें शामिल है.
प्रतिक्रियाएँ इस प्रकार होंगी:
8Li + 5H 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
→ 4Li 2
इसलिए 4
+ 4H 2
ओ+एच 2
एस
4एमजी + 5एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
→ 4MgSO 4
+ 4H 2
ओ+एच 2
एस
8Al + 15H 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
(टी) → 4एएल 2
(इसलिए 4
)
3
+ 12एच 2
ओ+3एच 2
एस
- वोल्टेज की एक श्रृंखला में धातुओं के साथ H2SO4 (conc) की परस्पर क्रिया में एल्यूमीनियम के बाद लेकिन लोहे से पहले, यानी, औसत गतिविधि वाली धातुओं के साथ, सल्फर कम हो जाता है 0
:
3Mn+4H 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
→ 3MnSO 4
+ 4H 2
ओ+एस↓
2Cr+4H 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
(टी) → सीआर 2
(इसलिए 4
)
3
+ 4H 2
ओ+एस↓
3Zn + 4H 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
→ 3ZnSO 4
+ 4H 2
ओ+एस↓
- अन्य सभी धातुएँ लोहे से शुरुआतवोल्टेज की एक श्रृंखला में (निश्चित रूप से, हाइड्रोजन के बाद वाले, सोने और प्लैटिनम को छोड़कर), वे केवल सल्फर को +4 तक कम कर सकते हैं। चूँकि ये निष्क्रिय धातुएँ हैं:
2
फ़े + 6
एच 2
इसलिए 4(संक्षिप्त) (
टी)→
फ़े 2
(
इसलिए 4
)
3
+ 6
एच 2
हे + 3
इसलिए 2
(ध्यान दें कि लोहा +3 तक ऑक्सीकरण करता है, उच्चतम संभव, उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था, क्योंकि यह एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट से संबंधित है)
Cu+2H 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
→ CuSO 4
+ 2H 2
ओ+एसओ 2
2एजी + 2एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
→ एजी 2
इसलिए 4
+ 2H 2
ओ+एसओ 2
निःसंदेह, सब कुछ सापेक्ष है। कमी की गहराई कई कारकों पर निर्भर करेगी: एसिड सांद्रता (90%, 80%, 60%), तापमान, आदि। इसलिए, उत्पादों की सटीक भविष्यवाणी करना असंभव है। उपरोक्त तालिका में भी सन्निकटन का अपना प्रतिशत है, लेकिन आप इसका उपयोग कर सकते हैं। यह भी याद रखना आवश्यक है कि एकीकृत राज्य परीक्षा में, जब कम सल्फर का उत्पाद इंगित नहीं किया जाता है, और धातु विशेष रूप से सक्रिय नहीं है, तो, सबसे अधिक संभावना है, कंपाइलर्स का मतलब एसओ 2 है। आपको स्थिति को देखने और स्थितियों में सुराग ढूंढने की ज़रूरत है।
इसलिए 2
- यह आम तौर पर कॉन्स की भागीदारी के साथ ओवीआर का एक लगातार उत्पाद है। सल्फ्यूरिक एसिड।
H2SO4 (सांद्र) कुछ को ऑक्सीकरण करता है nonmetals(जो कम करने वाले गुण प्रदर्शित करते हैं), एक नियम के रूप में, अधिकतम तक - ऑक्सीकरण की उच्चतम डिग्री (इस गैर-धातु का एक ऑक्साइड बनता है)। सल्फर भी SO2 तक कम हो जाता है:
सी+2एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
→ सीओ 2
+ 2H 2
O+2SO 2
2पी+5एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
→पी 2
हे 5
+ 5H 2
O+5SO 2
ताजा बना फॉस्फोरस ऑक्साइड (V) पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, ऑर्थोफोस्फोरिक एसिड प्राप्त होता है। इसलिए, प्रतिक्रिया तुरंत दर्ज की जाती है:
2पी+5एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र )
→ 2H 3
पीओ 4
+ 2H 2
O+5SO 2
बोरॉन के साथ भी, यह ऑर्थोबोरिक एसिड में बदल जाता है:
2बी+3एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र )
→ 2H 3
बो 3
+ 3SO 2
+6 (सल्फ्यूरिक एसिड में) के ऑक्सीकरण अवस्था वाले सल्फर की "दूसरे" सल्फर (दूसरे यौगिक में स्थित) के साथ परस्पर क्रिया बहुत दिलचस्प है। परीक्षा के ढांचे के भीतर, H2SO4 (conc) की परस्पर क्रिया पर विचार किया जाता है सल्फर (एक साधारण पदार्थ) और हाइड्रोजन सल्फाइड के साथ.
आइए बातचीत से शुरुआत करें सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड के साथ सल्फर (एक साधारण पदार्थ)।. में साधारण बातअम्ल +6 में ऑक्सीकरण अवस्था 0। इस OVR में, सल्फर +6 सल्फर को 0 ऑक्सीकरण करेगा। आइए सल्फर ऑक्सीकरण अवस्थाओं के आरेख को देखें:
सल्फर 0 का ऑक्सीकरण हो जाएगा, और सल्फर +6 कम हो जाएगा, यानी ऑक्सीकरण अवस्था कम हो जाएगी। सल्फर डाइऑक्साइड उत्सर्जित होगी:
2
एच 2
इसलिए 4(संक्षिप्त) +
एस → 3
इसलिए 2
+ 2
एच 2
हे
लेकिन हाइड्रोजन सल्फाइड के मामले में:
सल्फर (एक साधारण पदार्थ) और सल्फर डाइऑक्साइड दोनों बनते हैं:
एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
+ एच 2
एस → एस↓ + एसओ 2
+ 2H 2
हे
यह सिद्धांत अक्सर एक ओवीआर उत्पाद को निर्धारित करने में मदद कर सकता है जहां ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं में एक ही तत्व होते हैं। ऑक्सीकरण अवस्था आरेख पर ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाला एजेंट "एक दूसरे की ओर जाते हैं"।
H2SO4 (conc), एक तरह से या किसी अन्य, हैलाइड्स के साथ परस्पर क्रिया करता है. केवल यहां आपको यह समझने की आवश्यकता है कि फ्लोरीन और क्लोरीन "खुद मूंछों वाले" हैं और ओवीआर फ्लोराइड और क्लोराइड के साथ लीक नहीं होता है, सामान्य आयन-विनिमय प्रक्रिया से गुजरता है, जिसके दौरान गैसीय हाइड्रोजन हैलाइड बनता है:
CaCl 2 + H 2 SO 4 (सांद्र) → CaSO 4 + 2HCl
CaF 2 + H 2 SO 4(सांद्र) → CaSO 4 + 2HF
लेकिन ब्रोमाइड और आयोडाइड की संरचना में हैलोजन (साथ ही संबंधित हाइड्रोजन हैलाइड की संरचना में) इसके द्वारा मुक्त हैलोजन में ऑक्सीकृत हो जाते हैं। केवल अब सल्फर को अलग-अलग तरीकों से कम किया जाता है: आयोडाइड ब्रोमाइड की तुलना में एक मजबूत कम करने वाला एजेंट है। इसलिए, आयोडाइड सल्फर को हाइड्रोजन सल्फाइड में और ब्रोमाइड को सल्फर डाइऑक्साइड में बदल देता है:
2 एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
+ 2NaBr → Na 2
इसलिए 4
+ 2H 2
ओ+एसओ 2
+ब्र 2
एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
+ 2HBr → 2H 2
ओ+एसओ 2
+ब्र 2
5एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
+ 8NaI → 4Na 2
इसलिए 4
+ 4H 2
ओ+एच 2
एस+4आई 2
↓
एच 2
इसलिए 4(
सान्द्र .)
+ 8HI → 4H 2
ओ+एच 2
एस+4आई 2
↓
हाइड्रोजन क्लोराइड और हाइड्रोजन फ्लोराइड (साथ ही उनके लवण) H2SO4 (conc) की ऑक्सीकरण क्रिया के प्रति प्रतिरोधी हैं।
और अंत में, आखिरी बात: सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड के लिए, यह अद्वितीय है, इसे कोई और नहीं कर सकता। उसके पास है पानी हटाने की संपत्ति.
यह आपको विभिन्न तरीकों से सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करने की अनुमति देता है:
सबसे पहले, पदार्थों का निर्जलीकरण। सांद्रित सल्फ्यूरिक एसिड पदार्थ से पानी छीन लेता है और वह "सूख जाता है"।
दूसरे, प्रतिक्रियाओं में एक उत्प्रेरक जिसमें पानी विभाजित हो जाता है (उदाहरण के लिए, निर्जलीकरण और एस्टरीफिकेशन):
H 3 C-COOH + HO-CH 3 (H 2 SO 4 (संक्षिप्त)) → H 3 C-C(O)-O-CH 3 + H 2 O
एच 3 सी-सीएच 2-ओएच (एच 2 एसओ 4 (सांद्र)) → एच 2 सी = सीएच 2 + एच 2 ओ
सल्फ्यूरिक एसिडराष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में सबसे व्यापक अनुप्रयोग पाता है और यह बुनियादी रासायनिक उद्योग का मुख्य उत्पाद है। इस संबंध में, सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन में लगातार वृद्धि हो रही है। इसलिए, यदि 1900 में सल्फ्यूरिक एसिड का विश्व उत्पादन 4.2 मिलियन ग्राम था, तो 1937 में यह 18.8 मिलियन ग्राम प्राप्त हुआ, और 1960 में - 47 मिलियन टन से अधिक। वर्तमान में सोवियत संघसल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन विश्व में दूसरे स्थान पर है। 1960 में, यूएसएसआर ने 5.4 मिलियन ग्राम सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन किया। 1965 में, 1958 की तुलना में सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन दोगुना हो जाएगा। सल्फ्यूरिक एसिड के अनुप्रयोग के क्षेत्र इसके गुणों और कम लागत के कारण हैं। सल्फ्यूरिक एसिड एक मजबूत, मुश्किल से अस्थिर और स्थिर एसिड है, जिसमें मध्यम तापमान पर बहुत कमजोर ऑक्सीकरण और मजबूत पानी निकालने वाले गुण होते हैं।
सल्फ्यूरिक एसिड का मुख्य उपभोक्ता खनिज उर्वरकों - सुपरफॉस्फेट और अमोनियम सल्फेट का उत्पादन है। उदाहरण के लिए, केवल एक टन सुपरफॉस्फेट (फ्लोरापेटाइट से) के उत्पादन में, जिसमें हीड्रोस्कोपिक पानी नहीं होता है, 600 किलोग्राम 65% सल्फ्यूरिक एसिड की खपत होती है। खनिज उर्वरकों के उत्पादन में उत्पादित एसिड का लगभग आधा हिस्सा खपत होता है। तरल ईंधन के प्रसंस्करण में सल्फ्यूरिक एसिड की एक महत्वपूर्ण मात्रा की खपत होती है - कोयला टार के प्रसंस्करण में, सल्फर और असंतृप्त यौगिकों से मिट्टी के तेल, पैराफिन, चिकनाई वाले तेलों की शुद्धि के लिए। इसका उपयोग विभिन्न खनिज तेलों और वसा के शुद्धिकरण में भी किया जाता है। सल्फ्यूरिक एसिड का व्यापक रूप से विभिन्न कार्बनिक संश्लेषणों में उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, सल्फोनिक एसिड, विभिन्न रंगों और सैकरीन के उत्पादन में कार्बनिक यौगिकों के सल्फोनेशन के लिए। इस प्रयोजन के लिए, सांद्र अम्ल और फ्यूमिंग एसिड, साथ ही क्लोरोसल्फोनिक एसिड दोनों का उपयोग किया जाता है। सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग नाइट्रेशन प्रतिक्रियाओं में पानी हटाने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है - नाइट्रोबेंजीन, नाइट्रोसेल्यूलोज, नाइट्रोग्लिसरीन, आदि के उत्पादन में। एक गैर-वाष्पशील एसिड होने के कारण, सल्फ्यूरिक एसिड अपने लवणों से वाष्पशील एसिड को विस्थापित करने में सक्षम होता है, जिसका उपयोग हाइड्रोजन फ्लोराइड और हाइड्रोजन क्लोराइड, पर्क्लोरिक एसिड के उत्पादन में किया जाता है। सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग अक्सर कुछ अयस्कों और सांद्रणों के प्रसंस्करण (अपघटन) में किया जाता है, जैसे कि टाइटेनियम, ज़िरकोनियम, वैनेडियम, और कभी-कभी नाइओबियम, लिथियम और कुछ अन्य धातुएँ। चूँकि सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड काफी उच्च तापमान पर उबलता है और व्यावहारिक रूप से कच्चा लोहा और स्टील पर इसका कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, इसलिए इन सामग्रियों से बने सस्ते उपकरणों का उपयोग करके इस अपघटन को पूरी तरह से किया जा सकता है। गर्म सल्फ्यूरिक एसिड को पतला करने से धातु के आक्साइड अच्छी तरह से घुल जाते हैं, और इसका उपयोग धातुओं की तथाकथित नक़्क़ाशी - उन्हें साफ करने के लिए किया जाता है< особенно железа, от окислов. सल्फ्यूरिक एसिड एक अच्छा सुखाने वाला एजेंट है और इस उद्देश्य के लिए प्रयोगशालाओं और उद्योग में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। 95% सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करते समय अवशिष्ट आर्द्रता प्रति 1 लीटर सूखी गैस में 0.003 मिलीग्राम जल वाष्प के बराबर होती है।
|
सल्फ्यूरिक एसिड के गुण
निर्जल सल्फ्यूरिक एसिड (मोनोहाइड्रेट) एक भारी तैलीय तरल है जो बड़ी मात्रा में गर्मी छोड़ने के साथ सभी अनुपात में पानी के साथ मिल जाता है। 0°C पर घनत्व 1.85 ग्राम/सेमी 3 है। यह 296°C पर उबलता है और -10°C पर जम जाता है। सल्फ्यूरिक एसिड को न केवल मोनोहाइड्रेट कहा जाता है, बल्कि इसे मोनोहाइड्रेट भी कहा जाता है जलीय समाधानइसे (), साथ ही मोनोहाइड्रेट () में सल्फर ट्राइऑक्साइड के घोल को ओलियम कहा जाता है। ओलियम अपने अवशोषण के कारण हवा में "धूम्रपान" करता है। शुद्ध सल्फ्यूरिक एसिड रंगहीन होता है, जबकि वाणिज्यिक एसिड अशुद्धियों के साथ गहरे रंग का होता है।
सल्फ्यूरिक एसिड के भौतिक गुण, जैसे घनत्व, क्रिस्टलीकरण तापमान, क्वथनांक, इसकी संरचना पर निर्भर करते हैं। अंजीर पर. 1 सिस्टम का क्रिस्टलीकरण आरेख दिखाता है। इसमें मैक्सिमा यौगिकों की संरचना के अनुरूप है या, मिनिमा की उपस्थिति को इस तथ्य से समझाया गया है कि दो पदार्थों के मिश्रण का क्रिस्टलीकरण तापमान उनमें से प्रत्येक के क्रिस्टलीकरण तापमान से कम है।
चावल। 1
निर्जल 100% सल्फ्यूरिक एसिड का अपेक्षाकृत उच्च क्रिस्टलीकरण तापमान 10.7 डिग्री सेल्सियस होता है। परिवहन और भंडारण के दौरान किसी व्यावसायिक उत्पाद के जमने की संभावना को कम करने के लिए, तकनीकी सल्फ्यूरिक एसिड की सांद्रता को इस तरह चुना जाता है कि इसमें पर्याप्त रूप से कम क्रिस्टलीकरण तापमान हो। उद्योग तीन प्रकार के वाणिज्यिक सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन करता है।
सल्फ्यूरिक एसिड बहुत सक्रिय होता है। यह धातु ऑक्साइड और अधिकांश शुद्ध धातुओं को घोलता है; ऊंचे तापमान पर यह लवण से अन्य सभी अम्लों को विस्थापित कर देता है। हाइड्रेट्स देने की क्षमता के कारण विशेष रूप से लालची सल्फ्यूरिक एसिड पानी के साथ मिल जाता है। यह अन्य अम्लों, क्रिस्टलीय लवणों और यहां तक कि हाइड्रोकार्बन के ऑक्सीजन व्युत्पन्नों से पानी छीन लेता है, जिसमें स्वयं पानी नहीं होता है, बल्कि H:O = 2 के संयोजन में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन होता है। लकड़ी और सेलूलोज़, स्टार्च और चीनी युक्त अन्य पौधों और जानवरों के ऊतक केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड में नष्ट हो जाते हैं; पानी एसिड से बंध जाता है और ऊतक से केवल बारीक फैला हुआ कार्बन बचता है। तनु अम्ल में सेल्युलोज और स्टार्च टूटकर शर्करा बनते हैं। यदि यह मानव त्वचा के संपर्क में आता है, तो सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड जलने का कारण बनता है।
सल्फ्यूरिक एसिड की उच्च गतिविधि, उत्पादन की अपेक्षाकृत कम लागत के साथ मिलकर, इसके अनुप्रयोग के विशाल पैमाने और अत्यधिक विविधता को पूर्व निर्धारित करती है (चित्र 2)। ऐसा उद्योग ढूंढना मुश्किल है जिसमें विभिन्न मात्रा में सल्फ्यूरिक एसिड या उससे बने उत्पादों का उपभोग न किया गया हो।
चावल। 2
सल्फ्यूरिक एसिड का सबसे बड़ा उपभोक्ता खनिज उर्वरकों का उत्पादन है: सुपरफॉस्फेट, अमोनियम सल्फेट और अन्य। कई एसिड (उदाहरण के लिए, फॉस्फोरिक, एसिटिक, हाइड्रोक्लोरिक) और लवण बड़े पैमाने पर सल्फ्यूरिक एसिड की मदद से उत्पादित होते हैं। अलौह और दुर्लभ धातुओं के उत्पादन में सल्फ्यूरिक एसिड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। धातु उद्योग में, सल्फ्यूरिक एसिड या इसके लवण का उपयोग पेंटिंग, टिनिंग, निकल चढ़ाना, क्रोमियम चढ़ाना आदि से पहले स्टील उत्पादों को अचार बनाने के लिए किया जाता है। पेट्रोलियम उत्पादों को परिष्कृत करने के लिए सल्फ्यूरिक एसिड की महत्वपूर्ण मात्रा का उपयोग किया जाता है। कई रंगों (कपड़ों के लिए), वार्निश और पेंट (इमारतों और मशीनों के लिए), औषधीय पदार्थों और कुछ प्लास्टिक को प्राप्त करना भी सल्फ्यूरिक एसिड के उपयोग से जुड़ा है। सल्फ्यूरिक एसिड, एथिल और अन्य अल्कोहल की मदद से, कुछ एस्टर, सिंथेटिक डिटर्जेंट, कीट नियंत्रण के लिए कई कीटनाशकों का उत्पादन किया जाता है। कृषिऔर खरपतवार. सल्फ्यूरिक एसिड और उसके लवणों के तनु घोल का उपयोग रेयान के उत्पादन में, कपड़ा उद्योग में फाइबर या कपड़ों को रंगने से पहले संसाधित करने के लिए और प्रकाश उद्योग की अन्य शाखाओं में भी किया जाता है। खाद्य उद्योग में, सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग स्टार्च, गुड़ और कई अन्य उत्पादों के उत्पादन में किया जाता है। परिवहन में लेड सल्फ्यूरिक एसिड बैटरियों का उपयोग किया जाता है। सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग गैसों को सुखाने और एसिड को सांद्रित करने के लिए किया जाता है। अंत में, सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग नाइट्रेशन प्रक्रियाओं और अधिकांश विस्फोटकों के निर्माण में किया जाता है।
“सल्फ्यूरिक एसिड के रूप में शायद ही कोई अन्य, कृत्रिम रूप से उत्पादित पदार्थ है, जिसे अक्सर प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है।
जहां इसके निष्कर्षण के लिए कोई कारखाने नहीं हैं, वहां महान तकनीकी महत्व के कई अन्य पदार्थों का लाभदायक उत्पादन अकल्पनीय है।
डि मेंडलीव
सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग विभिन्न प्रकार के रासायनिक उद्योगों में किया जाता है:
- खनिज उर्वरक, प्लास्टिक, रंग, कृत्रिम फाइबर, खनिज एसिड, डिटर्जेंट;
- तेल और पेट्रोकेमिकल उद्योग में:
तेल शोधन के लिए, पैराफिन प्राप्त करना;अलौह धातुओं - जस्ता, तांबा, निकल, आदि के उत्पादन के लिए।धातुओं का अचार बनाने के लिए;- लुगदी और कागज, खाद्य और हल्के उद्योगों (स्टार्च, गुड़, फैब्रिक ब्लीचिंग के उत्पादन के लिए) आदि में।
सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन
उद्योग में सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन दो तरीकों से किया जाता है: संपर्क और नाइट्रस।
सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन के लिए संपर्क विधि
सल्फ्यूरिक एसिड संयंत्रों में संपर्क विधि द्वारा बड़ी मात्रा में सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन किया जाता है।
वर्तमान में, सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन की मुख्य विधि संपर्क है, क्योंकि। इस पद्धति के दूसरों की तुलना में फायदे हैं:
सभी उपभोक्ताओं के लिए स्वीकार्य शुद्ध सांद्र अम्ल के रूप में उत्पाद प्राप्त करना;
-उत्सर्जन में कमी हानिकारक पदार्थनिकास गैसों के साथ वायुमंडल में
I. सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन के लिए प्रयुक्त कच्चा माल।
मुख्य कच्चा माल
सल्फर - एस
सल्फर पाइराइट (पाइराइट) - FeS2
अलौह धातु सल्फाइड - Cu2S, ZnS, PbS
हाइड्रोजन सल्फाइड - एच 2 एस
सहायक सामग्री
उत्प्रेरक - वैनेडियम ऑक्साइड -वी 2 ओ 5
द्वितीय. कच्चे माल की तैयारी.
आइए पाइराइट FeS2 से सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन का विश्लेषण करें।
1)पाइराइट को पीसना। उपयोग से पहले, पाइराइट के बड़े टुकड़ों को क्रशर में कुचल दिया जाता है। आप जानते हैं कि जब किसी पदार्थ को कुचला जाता है तो प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है, क्योंकि। अभिकारकों के संपर्क का सतह क्षेत्र बढ़ जाता है।
2) पाइराइट का शुद्धिकरण. पाइराइट को कुचलने के बाद, इसे प्लवन द्वारा अशुद्धियों (अपशिष्ट चट्टान और पृथ्वी) से शुद्ध किया जाता है। ऐसा करने के लिए, कुचले हुए पाइराइट को पानी के विशाल कुंडों में डाला जाता है, मिश्रित किया जाता है, अपशिष्ट चट्टान ऊपर तैरती है, फिर अपशिष्ट चट्टान को हटा दिया जाता है।
तृतीय. बुनियादी रासायनिक प्रक्रियाएँ:
4 FeS 2 + 11 O 2 टी
= 800°सी→
2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q या जलता हुआ गंधकएस+ओ2 टी
°
सी→
SO2
2SO2 + O2 400-500°
साथ,V2O5 ,
पी↔
2SO 3 + Q
एसओ 3 + एच 2 ओ → एच 2 एसओ 4 + क्यू
चतुर्थ
. तकनीकी सिद्धांत:
निरंतरता का सिद्धांत;
कच्चे माल के एकीकृत उपयोग का सिद्धांत,अन्य उत्पादन से अपशिष्ट का उपयोग;
गैर-अपशिष्ट उत्पादन का सिद्धांत;
ऊष्मा स्थानांतरण का सिद्धांत;
काउंटरफ़्लो सिद्धांत ("द्रवयुक्त बिस्तर");
उत्पादन प्रक्रियाओं के स्वचालन और मशीनीकरण का सिद्धांत।
वी
. तकनीकी प्रक्रियाएँ:
निरंतरता सिद्धांत:
भट्टे में पाइराइट भूनना → सल्फर ऑक्साइड की आपूर्ति (चतुर्थ ) और शुद्धिकरण प्रणाली में ऑक्सीजन → संपर्क उपकरण में → सल्फर ऑक्साइड की आपूर्ति (छठी ) अवशोषण टॉवर में।
छठी
. पर्यावरण संरक्षण:
1)
पाइपलाइनों और उपकरणों की जकड़न
2)
गैस सफाई फिल्टर
सातवीं. उत्पादन का रसायन
:
प्रथम चरण - "द्रवयुक्त बिस्तर" में भूनने के लिए भट्टी में पाइराइट भूनना।
सल्फ्यूरिक एसिड का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है प्लवनशीलता पाइराइट- तांबे और लोहे के सल्फर यौगिकों के मिश्रण वाले तांबे के अयस्कों के संवर्धन के दौरान उत्पादन अपशिष्ट। इन अयस्कों के संवर्धन की प्रक्रिया नोरिल्स्क और तलनाख संवर्धन संयंत्रों में होती है, जो कच्चे माल के मुख्य आपूर्तिकर्ता हैं। यह कच्चा माल अधिक लाभदायक है, क्योंकि. सल्फर पाइराइट का खनन मुख्य रूप से यूराल में किया जाता है, और स्वाभाविक रूप से, इसकी डिलीवरी बहुत महंगी हो सकती है। संभव उपयोग गंधक, जो खदानों में खनन किए गए अलौह धातु अयस्कों के संवर्धन के दौरान भी बनता है।सल्फर की आपूर्ति प्रशांत बेड़े और एनओएफ द्वारा भी की जाती है। (केंद्रित कारखाने)।
प्रथम चरण प्रतिक्रिया समीकरण
4FeS2 + 11O2 टी = 800°C → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q
कुचले हुए, साफ किए हुए, गीले (फ्लोटेशन के बाद) पाइराइट को "द्रवयुक्त बिस्तर" में जलाने के लिए भट्टी में ऊपर से डाला जाता है। नीचे से (काउंटरफ्लो सिद्धांत) पाइराइट के अधिक पूर्ण फायरिंग के लिए ऑक्सीजन से समृद्ध हवा को पारित किया जाता है। भट्ठे में तापमान 800°C तक पहुँच जाता है। पाइराइट गर्म होकर लाल हो जाता है और नीचे से आने वाली हवा के कारण "निलंबित अवस्था" में होता है। यह सब उबलते हुए लाल गर्म तरल जैसा दिखता है। यहां तक कि पाइराइट के सबसे छोटे कण भी "द्रवयुक्त बिस्तर" में नहीं जमते। इसलिए, फायरिंग प्रक्रिया बहुत तेज है. यदि पहले पाइराइट को जलाने में 5-6 घंटे लगते थे, तो अब केवल कुछ सेकंड लगते हैं। इसके अलावा, "द्रवयुक्त बिस्तर" में 800°C का तापमान बनाए रखना संभव है।
प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप निकलने वाली गर्मी के कारण भट्टी में तापमान बना रहता है। अतिरिक्त गर्मी हटा दी जाती है: पानी के साथ पाइप भट्ठी की परिधि के साथ चलते हैं, जिसे गर्म किया जाता है। गर्म पानीआगे आसन्न परिसर के केंद्रीय हीटिंग के लिए उपयोग किया जाता है।
परिणामी आयरन ऑक्साइड Fe 2 O 3 (सिंडर) का उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन में नहीं किया जाता है। लेकिन इसे एकत्र करके एक धातुकर्म संयंत्र में भेजा जाता है, जहां लौह धातु और कार्बन के साथ इसकी मिश्र धातुएं लौह ऑक्साइड - स्टील (मिश्र धातु में 2% कार्बन सी) और कच्चा लोहा (मिश्र धातु में 4% कार्बन सी) से प्राप्त की जाती हैं।
इस प्रकार, रासायनिक उत्पादन का सिद्धांत- गैर अपशिष्ट उत्पादन.
ओवन से बाहर आ रहा हूँ भट्टी गैस
, जिसकी संरचना: SO 2, O 2, जल वाष्प (पाइराइट गीला था!) और सिंडर (आयरन ऑक्साइड) के सबसे छोटे कण।ऐसी भट्टी गैस को सिंडर और जल वाष्प के ठोस कणों की अशुद्धियों से साफ किया जाना चाहिए।
सिंडर के ठोस कणों से भट्टी गैस का शुद्धिकरण दो चरणों में किया जाता है - एक चक्रवात में (केन्द्रापसारक बल का उपयोग किया जाता है, सिंडर के ठोस कण चक्रवात की दीवारों से टकराते हैं और नीचे गिर जाते हैं)। छोटे कणों को हटाने के लिए, मिश्रण को इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स की ओर निर्देशित किया जाता है, जहां ~ 60,000 वी के उच्च वोल्टेज करंट की क्रिया के तहत शुद्धिकरण किया जाता है (इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण का उपयोग किया जाता है, सिंडर कण इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर की विद्युतीकृत प्लेटों से चिपक जाते हैं, अपने वजन के तहत पर्याप्त संचय के साथ, वे नीचे गिर जाते हैं), भट्ठी गैस में जल वाष्प को हटाने के लिए (भट्ठी गैस को सुखाने के लिए), केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग किया जाता है, जो एक बहुत अच्छा शोषक है, क्योंकि यह पानी को अवशोषित करता है।
भट्ठी की गैस को सुखाने का काम एक सुखाने वाले टॉवर में किया जाता है - भट्ठी की गैस नीचे से ऊपर की ओर बढ़ती है, और केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड ऊपर से नीचे की ओर बहती है। गैस और तरल की संपर्क सतह को बढ़ाने के लिए टावर को सिरेमिक रिंगों से भर दिया गया है।
सुखाने वाले टॉवर के आउटलेट पर, भट्ठी गैस में अब कोई सिंडर कण या जल वाष्प नहीं होता है। फर्नेस गैस अब सल्फर ऑक्साइड एसओ 2 और ऑक्सीजन ओ 2 का मिश्रण है।
दूसरे चरण - ऑक्सीजन के साथ SO 2 से SO 3 का उत्प्रेरक ऑक्सीकरण
किसी संपर्क उपकरण में.
इस चरण के लिए प्रतिक्रिया समीकरण है:
2SO2 + O2 400-500°С,
वी 2
हे 5
,पी
↔
2 एसओ 3 + क्यू
दूसरे चरण की जटिलता इस तथ्य में निहित है कि एक ऑक्साइड से दूसरे में ऑक्सीकरण की प्रक्रिया प्रतिवर्ती है। इसलिए, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया (एसओ 3 प्राप्त करना) के प्रवाह के लिए इष्टतम स्थितियों का चयन करना आवश्यक है।
समीकरण से यह निष्कर्ष निकलता है कि प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है, जिसका अर्थ है कि इस स्तर पर ऐसी स्थितियाँ बनाए रखना आवश्यक है कि संतुलन बाहर निकलने की ओर स्थानांतरित हो जाएअत: 3 अन्यथा पूरी प्रक्रिया बाधित हो जाएगी. क्योंकि प्रतिक्रिया मात्रा में कमी के साथ आगे बढ़ती है (3वी↔2वी ), बढ़े हुए दबाव की आवश्यकता है। दबाव को 7-12 वायुमंडल तक बढ़ाएँ। प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी होती है, इसलिए, ले चैटेलियर सिद्धांत को ध्यान में रखते हुए, इस प्रक्रिया को उच्च तापमान पर नहीं किया जा सकता है, क्योंकि। शेष बाईं ओर स्थानांतरित हो जाएगा. प्रतिक्रिया तापमान = 420 डिग्री पर शुरू होती है, लेकिन मल्टी-लेयर उत्प्रेरक (5 परतें) के कारण, हम इसे 550 डिग्री तक बढ़ा सकते हैं, जो प्रक्रिया को काफी तेज कर देता है। प्रयुक्त उत्प्रेरक वैनेडियम (V 2 O 5) है। यह सस्ता है और लंबे समय (5-6 साल) तक चलता है। जहरीली अशुद्धियों की क्रिया के प्रति सबसे अधिक प्रतिरोधी। इसके अलावा, यह संतुलन को दाईं ओर स्थानांतरित करने में योगदान देता है।
मिश्रण (एसओ 2 और ओ 2) को हीट एक्सचेंजर में गरम किया जाता है और पाइपों के माध्यम से चलता है, जिसके बीच एक ठंडा मिश्रण विपरीत दिशा में गुजरता है, जिसे गर्म किया जाना चाहिए। परिणामस्वरूप, वहाँ गर्मी विनिमय: प्रारंभिक सामग्रियों को गर्म किया जाता है, और प्रतिक्रिया उत्पादों को वांछित तापमान तक ठंडा किया जाता है।
तीसरा चरण - सल्फ्यूरिक एसिड द्वारा SO 3 का अवशोषण
अवशोषण टावर में.
सल्फर ऑक्साइड SO क्यों? 3 पानी नहीं सोखते? आख़िरकार, पानी में सल्फर ऑक्साइड को घोलना संभव होगा: SO 3 + एच 2 ओ → एच 2 एसओ 4 . लेकिन तथ्य यह है कि यदि सल्फर ऑक्साइड को अवशोषित करने के लिए पानी का उपयोग किया जाता है, तो सल्फ्यूरिक एसिड एक धुंध के रूप में बनता है जिसमें सल्फ्यूरिक एसिड की छोटी बूंदें होती हैं (सल्फर ऑक्साइड बड़ी मात्रा में गर्मी जारी होने पर पानी में घुल जाता है, सल्फ्यूरिक एसिड इतना गर्म होता है कि यह उबलता है और भाप में बदल जाता है)। सल्फ्यूरिक एसिड धुंध के गठन से बचने के लिए, 98% केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करें। दो प्रतिशत पानी इतना छोटा है कि तरल को गर्म करना कमजोर और हानिरहित होगा। सल्फर ऑक्साइड ऐसे एसिड में बहुत अच्छी तरह से घुल जाता है, जिससे ओलियम बनता है: एच 2 एसओ 4 एनएसओ 3 .
इस प्रक्रिया के लिए प्रतिक्रिया समीकरण है:
एनएसओ 3 + एच 2 एसओ 4 → एच 2 एसओ 4 एनएसओ 3
परिणामी ओलियम को धातु के टैंकों में डाला जाता है और गोदाम में भेजा जाता है। फिर टैंकों को ओलियम से भर दिया जाता है, गाड़ियों का निर्माण किया जाता है और उपभोक्ता तक भेजा जाता है।
आज, सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन मुख्य रूप से दो औद्योगिक तरीकों से किया जाता है: संपर्क और नाइट्रस। संपर्क विधि अधिक प्रगतिशील है और रूस में इसका उपयोग नाइट्रस विधि अर्थात टावर विधि की तुलना में अधिक व्यापक रूप से किया जाता है।
सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन सल्फ्यूरिक कच्चे माल के जलने से शुरू होता है, उदाहरण के लिए, विशेष पाइराइट भट्टियों में, तथाकथित रोस्टिंग गैस प्राप्त होती है, जिसमें लगभग 9% सल्फर डाइऑक्साइड होता है। यह चरण संपर्क और नाइट्रस दोनों विधियों के लिए समान है।
इसके बाद, परिणामी सल्फ्यूरस एनहाइड्राइड को सल्फ्यूरिक एनहाइड्राइड में ऑक्सीकरण करना आवश्यक है। हालाँकि, इसे पहले कई अशुद्धियों से साफ किया जाना चाहिए जो आगे की प्रक्रिया में बाधा डालती हैं। रोस्टिंग गैस को इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स या चक्रवात उपकरणों में धूल से साफ किया जाता है, और फिर इसे ठोस संपर्क द्रव्यमान वाले उपकरण में डाला जाता है, जहां सल्फर डाइऑक्साइड एसओ 2 को सल्फ्यूरिक एनहाइड्राइड एसओ 3 में ऑक्सीकृत किया जाता है।
यह ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है - तापमान में वृद्धि से गठित सल्फ्यूरिक एनहाइड्राइड का अपघटन होता है। दूसरी ओर, जैसे-जैसे तापमान घटता है, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर बहुत कम हो जाती है। इसलिए, गैस मिश्रण के पारित होने की दर को समायोजित करके संपर्क उपकरण में तापमान 480 डिग्री सेल्सियस के भीतर बनाए रखा जाता है।
भविष्य में संपर्क विधि से सल्फ्यूरिक एनहाइड्राइड को पानी के साथ मिलाकर इसका निर्माण किया जाता है।
नाइट्रस विधि की विशेषता यह है कि यह ऑक्सीकृत होती है। इस विधि द्वारा सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन रोस्टिंग गैस से पानी के संपर्क के दौरान सल्फ्यूरस एसिड के गठन से शुरू होता है। इसके अलावा, परिणामी सल्फ्यूरस एसिड को नाइट्रिक एसिड के साथ ऑक्सीकृत किया जाता है, जिससे नाइट्रोजन मोनोऑक्साइड और सल्फ्यूरिक एसिड का निर्माण होता है।
इस प्रतिक्रिया मिश्रण को एक विशेष टॉवर में डाला जाता है। साथ ही, गैस प्रवाह को समायोजित करके, यह सुनिश्चित किया जाता है कि अवशोषण टॉवर में प्रवेश करने वाले गैस मिश्रण में 1: 1 के अनुपात में नाइट्रोजन डाइऑक्साइड और मोनोऑक्साइड होता है, जो नाइट्रस एनहाइड्राइड प्राप्त करने के लिए आवश्यक है।
अंत में, सल्फ्यूरिक एसिड और नाइट्रस एनहाइड्राइड की परस्पर क्रिया से NOHSO 4 - नाइट्रोसिलसल्फ्यूरिक एसिड उत्पन्न होता है।
परिणामी नाइट्रोसिलसल्फ्यूरिक एसिड को उत्पादन टॉवर में डाला जाता है, जहां यह पानी के साथ विघटित होकर नाइट्रस एनहाइड्राइड छोड़ता है:
2NOHSO 4 + H 2 O = N 2 O 3 + 2H 2 SO 4,
जो टावर में बनने वाले सल्फ्यूरस एसिड को ऑक्सीकृत कर देता है।
प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप जारी नाइट्रिक ऑक्साइड ऑक्सीकरण टॉवर पर लौट आता है और एक नए चक्र में प्रवेश करता है।
वर्तमान में, रूस में सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन मुख्य रूप से संपर्क विधि द्वारा किया जाता है। नाइट्रस विधि का प्रयोग कम ही किया जाता है।
सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग बहुत व्यापक और विविध है।
इसका अधिकांश भाग रासायनिक रेशों और खनिज उर्वरकों के उत्पादन में जाता है, दवाओं और रंगों के उत्पादन में यह आवश्यक है। सल्फ्यूरिक एसिड, एथिल और अन्य अल्कोहल की सहायता से डिटर्जेंट और कीटनाशक प्राप्त किए जाते हैं।
इसके समाधान का उपयोग कपड़ा और खाद्य उद्योगों में, नाइट्रेशन की प्रक्रियाओं में और सल्फ्यूरिक संचायक एसिड के उत्पादन के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग लीड-एसिड बैटरी में डालने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है, जो व्यापक रूप से परिवहन में उपयोग किया जाता है।