Оксид серы (VI). Серная кислота

Оксид серы (VI) (см. табл. 20) — бесцветная жидкость, затвердевающая при температуре 16,8°С в твердую кристаллическую массу. Он очень сильно поглощает влагу, образуя серную кислоту: SO₃+Н₂O= H₂SO₄

Таблица 20. Свойства оксидов серы

Растворение оксиды серы (VI) в воде сопровождается выделе­нием значительного количества теплоты.

Оксид серы (VI) очень хорошо растворим в концентрирован­ной серной кислоте. Раствор SO₃ в безводной кислоте называется олеумом. Олеумы могут содержать до 70% SO₃.

Получение

1. Оксид серы (VI) получают окислением сернистого газа кислоро­дом воздуха в присутствии катализаторов при температуре 450°С (см. Получение серной кислоты):

2SO₂+O₂=2SO₃

2. Другим способом окисления SO₂ до SO₃ является использование в качестве окислителя оксида азота (IV):

Образующийся оксид азота (II) при взаимодействии с кислоро­дом воздуха легко и быстро превращается в оксид азота (IV): 2NO+О₂=2NO₂

который вновь может использоваться в окислении SO₂. Следо­вательно, NO₂ выполняет роль переносчика кислорода. Этот способ окисления SO₂ до SO₃ называется нитрозным. Молекула SO₃ имеет форму треугольника, в центре которого

находится атом серы:

Такое строение обусловлено взаимным отталкиванием связы­вающих электронных пар. На их образование атом серы предоставил шесть внешних электронов.

Химические свойства

1. SO₃ — типичный кислотный оксид.

2. Оксид серы (VI) обладает свойствами сильного окислителя.

Применение

Оксид серы (VI) используют для производства серной кислоты. Наибольшее значение имеет контактный способ получения

серной кислоты. По этому способу можно получить H₂SO₄ любой концентрации, а также олеум. Процесс состоит из трех стадий: получение SO₂; окисление SO₂ в SO₃; получение H₂SO₄.

SO₂ получают обжигом пирита FeS₂ в специальных печах: 4FeS₂+11О₂=2Fe₂O₃+8SO₂

Для ускорения обжига пирит предварительно измельчают, а для более полного выгорания серы вводят значительно больше воздуха (кислорода), чем требуется по реакции. Газ, выходящий из печи обжига, состоит из оксида серы (IV), кислорода, азота, соединений мышьяка (из примесей в колчедане) и паров воды. Он называется обжиговым газом.

Обжиговый газ подвергается тщательной очистке, так как даже небольшое содержание соединений мышьяка, а также пыли и влаги отравляет катализатор. От соединений мышьяка и от пыли газ очищают, пропуская его через специальные электро­фильтры и промывную башню; влага поглощается концентриро­ванной серной кислотой в сушильной башне. Очищенный газ, содержащий кислород, нагревается в теплообменнике до 450°C и поступает в контактный аппарат. Внутри контактного аппарата имеются решетчатые полки, заполненные катализатором.

Раньше в качестве катализатора использовали мелкораздроб­ленную металлическую платину. Впоследствии она была замене­на соединениями ванадия — оксидом ванадия (V) V₂O₅ или суль­фатом ванадила VOSO₄, которые дешевле платины и медленнее отравляются.

Реакция окисления SO₂ в SO₃ обратимая:

2SO₂+О₂«2SO₃

Увеличение содержания кислорода в обжиговом газе повы­шает выход оксида серы (VI): при температуре 450°С он обычно достигает 95% и выше.

Образовавшийся оксид серы (VI) далее подают методом про­тивотока в поглотительную башню, где он поглощается концент­рированной серной кислотой. По мере насыщения вначале обра­зуется безводная серная кислота, а затем олеум. В дальнейшем олеум разбавляют до 98% -ной серной кислоты и поставляют по­требителям.

Структурная формула серной кислоты:

Физические свойства

Серная кислота — тяжелая бесцветная маслянистая жид­кость, кристаллизующаяся при +10,4°С, почти вдвое (r=1,83 г/см³) тяжелее воды, не имеет запаха, нелетуча. Крайне гиг­роскопична. Поглощает влагу с выделением большого количества теплоты, поэтому нельзя воду приливать к концентрированной серной кислоте — произойдет разбрызгивание кислоты. Для раз-

бавления надо серную кислоту приливать небольшими порциями к воде.

Безводная серная кислота растворяет до 70% оксида серы (VI). При нагревании отщепляет SO₃ до тех пор, пока не образует­ся раствор с массовой долей H₂SO₄ 98,3%. Безводная H₂SO₄ почти не проводит электрический ток.