欲用78%b浓硫酸(ρ=下.8九g?小m-3)配制浓度为下.00mol?L-下b稀硫酸500mL.(下)选用b主要仪器有烧杯、
(左)根据配制步骤可知,需要使用四仪器为:量筒、烧杯、玻璃棒、599mL容量瓶、胶头滴管等,还缺少四仪器为:量筒、599&nbsxmL容量瓶、玻璃棒、胶头滴管,
故答案为:量筒、599&nbsxmL容量瓶、玻璃棒、胶头滴管;
(左)配制599mL 左mol/L稀硫酸四步骤为:计算、量取、稀释、冷却、移液、洗涤、定容、摇匀等,所以正确四配制顺序为:DAEFGCB,
故答案为:DAEFGCB;
(3)质量分数为98%、密度为左.84g/cm3四浓硫酸四浓度为:
| 左999×左.84×98% |
| 98 |
| 左mol/L×9.5L |
| 左8.4mol/L |
故答案为:左v.左;&nbsx&nbsx&nbsx&nbsx&nbsx
(4)量取左v.左mL四浓硫酸,需要使用59mL四量筒;量取时发现量筒不干净,用水洗净后若直接量取,导致浓硫酸被稀释,量取四浓硫酸中硫酸四物质四量偏小,配制四溶液浓度偏低,
故答案为:59;偏低.
硫酸泡铁没有毒,但是硫酸是强腐蚀性液体,注意不要被硫酸液体给腐蚀到。浓度在78%以下的硫酸与铁会发生置换反应,生成硫酸亚铁并放出氢气,如果氢气量大时遇明火就会发生爆炸事故。硫酸浓度在78%以上时与铁不回发生反应。
硫酸是一种最活泼的二元无机强酸,能和许多金属发生反应。高浓度的硫酸有强烈吸水性,可用作脱水剂,碳化木材、纸张、棉麻织物及生物皮肉等含碳水化合物的物质。与水混合时,亦会放出大量热能。其具有强烈的腐蚀性和氧化性,故需谨慎使用。是一种重要的工业原料,可用于制造肥料、药物、炸药、颜料、洗涤剂、蓄电池等,也广泛应用于净化石油、金属冶炼以及染料等工业中。常用作化学试剂,在有机合成中可用作脱水剂和磺化剂。
硫酸发现于公元8世纪。阿拉伯炼丹家贾比尔通过干馏硫酸亚铁晶体得到硫酸。一些早期对化学有研究的人,如拉齐、贾比尔等,还写了有关硫酸及与其相关的矿物质的分类名单;其他一些人,如伊本·西那医师,则较为重视硫酸的种类以及它们在医学上的价值。
在17世纪,德国化学家Johann Rudolf Glauber将硫与硝酸钾混合蒸汽加热制出硫酸,在这过程中,硝酸钾分解并氧化硫令其成为能与水混合并变为硫酸的三氧化硫(SO3)。于是,在1736年,伦敦药剂师Joshua Ward用此方法开拓大规模的硫酸生产。
在1746年,John Roebuck则运用这个原则,开创铅室法,以更低成本有效地大量生产硫酸。经过多番的改良后,这个方法在工业上已被采用了将近两个世纪。 由John Roebuck创造的这个生产硫酸的方法能制造出浓度为65%的硫酸,后来,法国化学家约瑟夫·路易·盖-吕萨克以及英国化学家John Glover将其改良,使其能制造出浓度高达78%的硫酸,可是这浓度仍不能满足一些工业上的用途。
在18世纪初,硫酸的生产都依赖以下的方法:黄铁矿(FeS2)被燃烧成硫酸亚铁(FeSO4),然后再被燃烧,变为能在480℃下分解成氧化铁以及能用以制造任何浓度硫酸的三氧化硫的硫酸铁[Fe2(SO4)3]。可惜,此过程的庞大成本阻碍了浓硫酸的广泛运用。[2] 由约翰·道尔顿在1808年绘制的早期硫酸分子图显示了硫酸有一个位于中心的硫原子并与三个氧原子建立共价键,如右图。
后来,到了1831年,英国制醋商人Peregrine Phillips想到了接触法,能以更低成本制造出三氧化硫以及硫酸,这种方法在现今已被广泛运用。
在古代中国,稀硫酸被称为“绿矾油”。 在公元650~683年(唐高宗时),炼丹家孤刚子在其所著《黄帝九鼎神丹经诀》卷九中就记载着“炼石胆取精华法”,即干馏石胆(胆矾)而获得硫酸。
304不锈钢是一种通用性的不锈钢材料,防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好,能高到到1000-1200度。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸,在实验中得出:浓度≤65%的沸腾温度以下的硝酸中,304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。
对三氧化硫,含湿量和温度高的情况下,304够呛,腐蚀量有可能超过1mm每年。对于稀硫酸,不管何种浓度,温度超过50度,304均无法耐受;当浓度超过50%时,无论何种温度,对304的腐蚀量超过1mm/年,也不适合。
(一)理化性状和用途
无色油状腐蚀性液体,有强烈的吸湿性。密度:1.8g/cm3,熔点10.4℃,沸点: 338℃。用于制造硫酸铵、磷酸、硫酸铝合成药物、合成染料、合成洗涤剂合金属酸洗剂。
(二)毒性
属中等毒类。对皮肤粘膜具有很强的腐蚀性。
最高容许浓度:2 mg/m3
(三)短期过量暴露的影响
吸入:吸入高浓度的硫酸酸雾能上呼吸道刺激症状,严重者发生喉头水肿、支气管炎甚至肺水肿。
眼睛接触:溅入硫酸后引起结膜炎及水肿,角膜浑浊以至穿孔。
皮肤接触:局部刺痛,皮肤由潮红转为暗褐色。
口服:误服硫酸后,口腔、咽部、胸部和腹部立即有剧烈的灼热痛,唇、口腔、咽部均见灼伤以致形成溃疡,呕吐物及腹泻物呈黑色血性,胃肠道穿孔。口服浓硫酸致死量约为5毫升。
(四)长期暴露的影响
长期接触硫酸雾者,可有鼻粘膜萎缩伴有嗅觉减退或消失、慢性支气管炎和牙齿酸蚀等症状。
(五)火灾和爆炸
本品虽不燃,但很多反应却会起火或爆炸,如与金属会产生可燃性气体,与水混合会大量放热。着火时也不能用干粉、泡沫灭火等方法,因为干粉,泡沫的一些成分能与硫酸反应,应用二氧化碳灭火器扑灭火焰后再用石灰,石灰石等中和废酸。
(六)化学反应性
本品为强氧化剂,与可燃性、还原性物质激烈反应,也能与高锰酸钾反应生成极度危险的高锰酸酐。
(七)人身防护
吸入:硫酸雾浓度超过暴露限值,应佩戴防酸型防毒口罩。
眼睛:带化学防溅眼镜。
皮肤:戴橡胶手套,穿防酸工作服和胶鞋。工作场所应设安全淋浴和眼睛冲洗器具。
(八)急救
吸入: 将患者移离现场至空气新鲜处,有呼吸道刺激症状者应吸氧。
眼睛:张开眼睑用大量清水或2%碳酸氢钠溶液彻底冲洗。
皮肤:立即用大量冷水冲洗(浓硫酸对皮肤腐蚀强烈,实际操作应直接大量冷水冲洗),然后涂上3%~5%的碳酸氢钠溶液,以防灼伤皮肤。
口服:立即用氧化镁悬浮液、牛奶、豆浆等内服。
注:所有患者应请医生或及时送医疗机构治疗。
(九)储藏和运输
与可燃性和还原性及强碱物质分开。
包装号为5(甲)、8(甲)(十)。
(十)安全和处理
注意对硫酸雾的控制,加强通风排气。车间内要有方便的冲洗器具。
注:在稀释酸时决不可将水注入酸中,只能将酸注入水中,并且要缓慢注入同时不断搅拌。 健康危害 侵入途径:吸入、食入。
健康危害:对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。对眼睛可引起结膜炎、水肿、角膜混浊,以致失明;引起呼吸道刺激症状,重者发生呼吸困难和肺水肿;高浓度引起喉痉挛或声门水肿而死亡。口服后引起消化道的烧伤以至溃疡形成。严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、喉痉挛和声门水肿、肾损害、休克等。慢性影响有牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。
环境危害:对环境有危害,对水体和土壤可造成污染。
本品助燃,具强腐蚀性、强刺激性,可致人体灼伤。
毒理资料
毒理学资料及环境行为
毒性:属中等毒性。
急性毒性:LD5080mg/kg(大鼠经口);LC50510mg/m3,2小时(大鼠吸入);320mg/m3,2小时(小鼠吸入)
危险特性:与易燃物(如苯)和有机物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。能与一些活性金属粉末发生反应,放出氢气。遇水大量放热,可发生沸溅。具有强腐蚀性。
燃烧(分解)产物:氧化硫。 硫酸发现于公元8世纪。阿拉伯炼丹家贾比尔通过干馏硫酸亚铁晶体得到硫酸。 由约翰·道尔顿在1808年绘制的早期硫酸分子图显示了硫酸有一个位于中心的硫原子并与三个氧原子建立共价键。
一些早期对化学有研究的人,如拉齐,贾比尔等,还写了有关硫酸及与其相关的矿物质的分类名单;其他一些人,如伊本·西那医师,则较为重视硫酸的种类以及它们在医学上的价值。
在17世纪,德国化学家Johann Rudolf Glauber将硫与硝酸钾混合蒸汽加热制出硫酸,在这过程中,硝酸钾分解并氧化硫,令其成为能与水混合并变为硫酸的三氧化硫(SO3)。
于是,在 1736年,伦敦药剂师Joshua Ward用此方法开拓大规模的硫酸生产。
在1746年,John Roebuck则运用这个原则,开创铅室法,以更低成本有效地大量生产硫酸。
经过多番的改良后,这个方法在工业上已被采用了将近两个世纪。 由John Roebuck创造的这个生产硫酸的方法能制造出浓度为65%的硫酸,后来,法国化学家约瑟夫·路易·盖-吕萨克以及英国化学家John Glover将其改良,使其能制造出浓度高达78%的硫酸,可是这浓度仍不能满足一些工业上的用途。 迅速撤离泄漏污染区人员至安全区,并进行隔离,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防酸碱工作服。不要直接接触泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。
小量泄漏:用砂土、干燥石灰或苏打灰混合。也可以用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。大量泄漏:构筑围堤或挖坑收容。用泵转移至槽车或专用收集器内,回收或运至废物处理场所处置。 本品铁路运输时限使用钢制企业自备罐车装运,装运前需报有关部门批准。铁路非罐装运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与易燃物或可燃物、还原剂、碱类、碱金属、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。你、
处理
如果不小心将硫酸滴在手上,立即用大量清水冲洗,并涂上浓度为3%左右的碳酸氢钠溶液,做完急救处理后,迅速到附近医院做灼伤处理,避免对皮肤有进一步伤害。
三氧化硫和水的化合物,一种用途很广的强无机酸,是硫酸工业的主产品。无水硫酸(100% H2SO4)是无色、油状、具有强烈腐蚀性的液体,沸腾时部分分解,最终生成含硫酸98.3%、水1.7%的恒沸混合物(图1)。
特性 硫酸能与水或三氧化硫以任何比例混合,生成各种浓度的硫酸或发烟硫酸。在它们的冰点图中有 7个最低共熔点(图2),商品硫酸和发烟硫酸的浓度大致根据各最低共熔点的组成来选择,以减少贮存和运输时发生冻结的可能性。因此,硫酸品种主要有浓度为75%~78%之间的稀硫酸、浓度为93%和98.3%左右的浓硫酸以及游离三氧化硫浓度为20%和65%的发烟硫酸。根据不同用途,对产品的杂质含量均有相应的限制。
稀硫酸能与电动序中位于氢之前的金属作用,生成相应的硫酸盐或酸式硫酸盐并析出氢气。热浓硫酸具有氧化性,能与电动序中位于氢之后的某些金属如铜、银发生反应,本身被还原成二氧化硫,并生成相应的硫酸盐。浓硫酸又具有磺化性和强烈的吸水性。硫酸能分解大多数盐类。
生产原料 主要有硫磺、硫铁矿和有色金属火法冶炼厂的含二氧化硫烟气;此外,有些国家还利用天然石膏、磷石膏、硫化氢、废硫酸、硫酸亚铁等作为原料。以硫磺为原料生产硫酸具有流程短、投资省、污染少、热能利用率高等优点。在硫酸生产原料中所占比例较大。1983年世界硫酸工业的构成原料中,硫磺占60.5%,硫铁矿占21.0%,冶炼烟气及其他原料占18.5%。中国的硫酸生产以硫铁矿为主要原料,其比例一直保持在70%以上。
大部分原料需先制成含二氧化硫的原料气,才能进一步制造硫酸。
接触法生产工艺 接触法的基本原理是应用固体催化剂,以空气中的氧直接氧化二氧化硫。其生产过程通常分为二氧化硫的制备、二氧化硫的转化和三氧化硫的吸收三部分。
二氧化硫的制备和净化 以不同原料制得的含二氧化硫原料气(见硫酸原料气),其杂质含量相差悬殊。以硫磺为原料时,因纯度高,燃硫所用空气又先经干燥,原料气洁净而干燥,通常无须净化即可进行转化(图3)。
以硫化氢为原料时,原料气纯净,但含大量水分,即以湿态进入转化工序。
以硫铁矿等其他原料制成的原料气,含有矿尘、氧化砷、二氧化硒、氟化氢、氯化氢等杂质,需经过净化,使原料气质量符合转化的要求(图4)。为此,经回收余热的原料气,先通过干式净化设备(旋风除尘器、静电除尘器)除去绝大部分矿尘,然后再由湿法净化系统进行净化。湿法净化工艺有水洗净化和酸洗净化。前者是将洗涤水一次通过净化设备,不作循环,原料气的热量和所含杂质均由排放污水带出。生产每吨硫酸约排放污水5~20m3,此法易对环境造成严重危害,故使用者渐少。后者虽也以水作原始洗涤液,但洗涤液在系统中循环,不断吸收原料气中的三氧化硫而成为稀硫酸。所以此法污酸量少,便于处理或利用,应用日益广泛。酸洗净化通常设置两级洗涤系统,每级自成循环。第一级的功能为原料气的净化和绝热增湿,常用设备为空塔、文氏管洗涤器。第二级的主要功能为除热、除湿和原料气的进一步净化,常用设备有填充塔、鼓泡塔(见鼓泡反应器)。具有代表性的酸洗净化流程有二:其一为立式文氏管洗涤器-间接冷凝器-静电除雾器流程,特点是采用间接冷凝器排除热量和水分;其二为空塔-填充塔-静电除雾器流程,它采用稀酸直接洗涤、冷却原料气,再以稀酸冷却器间接换热,移去酸中热量。
经过净化的原料气,被水蒸气所饱和,通过喷淋93%硫酸的填料干燥塔,将其中水分含量降至0.1g/m3以下。
二氧化硫的转化 二氧化硫于转化器中,在钒催化剂存在下进行催化氧化:
SO2+½O2+99.0kJ
钒催化剂是典型的液相负载型催化剂(见金属催化剂),它以五氧化二钒为主要活性组分,碱金属氧化物为助催化剂,硅藻土为催化剂载体,有时还加入某些金属或非金属氧化物,以满足强度和活性的特殊需要。通常制成直径4~6mm、长5~15mm柱状颗粒。近年来,丹麦、美国和中国相继开发了球状、环状催化剂(见催化剂制造),以降低催化床阻力,减少能耗。
钒催化剂须在某一温度以上才能有效地发挥催化作用,此温度称为起燃温度,通常略高于400℃。近年来,研制成功的低温活性型钒催化剂,其起燃温度降低到370℃左右,因而提高了二氧化硫转化率。转化器进口的原料气温度保持在钒催化剂的起燃温度之上,通常为 410~440℃。在用硫磺或硫化氢为原料的情况下,只需将原料气在废热锅炉中降温至上述温度;而在应用其他原料的情况下,由于原料气经过湿法净化系统后降温至40℃左右,所以必须通过换热器,以转化反应后的热气体间接加热至反应所需温度,再进入转化器。二氧化硫经氧化反应放出的热量,使催化剂层温度升高,二氧化硫平衡转化率随之降低,如温度超过650℃,将使催化剂损坏。为此,将转化器分成3~5层,层间进行间接或直接冷却,使每一催化剂层保持适宜反应温度,以同时获得较高的转化率和较快的反应速度。
现代硫酸生产常用的两次转化工艺,是使经过两层或三层催化剂的气体,先进入中间吸收塔,吸收掉生成的三氧化硫,余气再次加热后,通过后面的催化剂层,进行第二次转化,然后进入最终吸收塔再次吸收。由于中间吸收移除了反应生成物,提高了第二次转化的转化率,故其总转化率可达99.5%以上。部分老厂仍采用传统的一次转化工艺,即气体一次通过全部催化剂层,其总转化率最高仅为98%左右。在以硫化氢为原料时,进转化器的气体中含有大量水蒸气,二氧化硫在水蒸气存在下进行转化,故又称之为湿接触法。
为克服固定床转化器(见固定床反应器)存在的缺陷,中国、苏联、联邦德国进行了流化床转化器(见流化床反应器)的研究,目前,联邦德国已有两个直径分别为4m与6.4m的示范性工业装置。
70年代以来,开发了以硫磺为原料的加压法硫酸生产工艺,其原理是使二氧化硫在高于常压的条件下进行转化,以提高其转化率。
三氧化硫的吸收 转化工序生成的三氧化硫经冷却后在填料吸收塔中被吸收。吸收反应虽然是三氧化硫与水的结合,即:
SO3+H2O—→H2SO4+132.5kJ
但不能用水进行吸收,否则将形成大量酸雾。工业上采用98.3%硫酸作吸收剂,因其液面上水、三氧化硫和硫酸的总蒸气压最低,故吸收效率最高。出吸收塔的硫酸浓度因吸收三氧化硫而升高,须向98.3%硫酸吸收塔循环槽中加水并在干燥塔与吸收塔间相互串酸,以保持各塔酸浓度恒定。成品酸由各塔循环系统引出。
吸收塔和干燥塔顶设有金属丝网除沫器或玻璃纤维除雾器,以除去气流中夹带的硫酸雾沫,保护设备,防止环境污染。两次转化工艺的最终吸收塔出口尾气中的二氧化硫浓度小于500ppm,尾气可直接排入大气;而一次转化工艺的吸收塔尾气中的氧化二硫浓度高达2000~3000ppm,故须设置尾气处理工序,以使排气符合环境保护法规。氨水吸收法是应用最广的尾气处理方法(见二氧化硫)。
出干燥塔、吸收塔的浓硫酸需经冷却后方能循环使用。过去多使用铸铁制的淋洒式冷却器,现在开发了多种新型冷却器,如全氟乙丙烯塑料软管换热器,不锈钢制阳极保护管壳式换热器,以及不锈钢或高级合金制的阳极保护板式换热器。这些新型冷却器的应用,延长了酸冷却器的使用寿命,提高了操作的可靠性,改善了操作条件并使得利用干燥、吸收系统的低温位热能成为可能。(见硫酸工业)
以硫化氢为原料时,转化后的气体中含有大量水蒸气。它不经冷却,在420~430℃下进入冷凝成酸塔,经冷酸淋洗后冷凝成硫酸,产品酸浓度通常为78%。近年来出现了湿接触法的改进型,它们可制得浓度大于93%的硫酸,并适用于浓度较低的原料气。
用途 硫酸的最大消费者是化肥工业,用以制造磷酸、过磷酸钙和硫酸铵。1983年,西方世界的化肥工业在硫酸消费构成中占65%。中国化肥工业在硫酸消费上所占比例也一直保持在50%~60%。在石油工业中,硫酸用于汽油、润滑油等产品的精炼,并用于烯烃的烷基化反应,以生产高辛烷值汽油。钢铁工业需用硫酸进行酸洗,以除去钢铁表面的氧化铁皮。这一工序是轧板、冷拔钢管以及镀锌等加工所必需的预处理。在有色冶金工业中,湿法冶炼过程用硫酸浸取铜矿、铀矿和钒矿;电解法精炼铜、锌、镍、镉等,需用硫酸配制电解液。以萤石和硫酸可制取氢氟酸(见萤石化学加工),它是现代氟工业的基础,与核工业及航天工业密切关联。在硝化棉、梯恩梯、硝化甘油、苦味酸等炸药的制造中,硫酸是硝化工序不可缺少的脱水剂。在化学纤维工业中,硫酸用于配制粘胶纤维的抽丝凝固浴;维纶生产需用硫酸进行缩醛化;锦纶的制造过程中,硫酸可溶解环己酮肟而进行贝克曼转位。在塑料工业方面,环氧树脂和聚四氟乙烯等的生产也需用数量可观的硫酸。在染料工业中,硫酸用于制造染料中间体。硫酸与钛铁矿反应可制得重要的白色颜料二氧化钛(钛白)。硫酸还用于硫酸盐和其他无机盐、无机酸(硼酸、铬酸)、有机酸(草酸、醋酸)以及醇类(乙醇、异丙醇)的生产。其他如制革、造纸、电镀、印染、医药、农药、炼焦、蓄电池、合成洗涤剂等生产也都需用硫酸。
安全贮运 硫酸是强腐蚀性介质,接触人体会引起严重灼伤,作业人员应按规定穿戴防护用品。人体不慎触及硫酸时,应立即以大量水冲洗,随即就医。接触法工厂生产的各种浓度的浓硫酸、发烟硫酸以及塔式法工厂生产的76%硫酸,均以钢制贮槽贮存,并以钢制槽车或槽船运输。浓度小于70%的硫酸应以钢壳衬铅容器贮运。少量硫酸可以陶坛包装,并需标上明显的“有毒品”及“腐蚀性物品”标志。贮存和运输应按危险品贮存、运输规定办理。
焦硫酸
化学式 H2S2O7。无色透明结晶;熔点35℃,相对密度 1.9(20℃);有强烈的腐蚀性和吸湿性;受热时分解为三氧化硫和硫酸。将等摩尔的三氧化硫与纯硫酸作用,即可析出焦硫酸;可用作氧化剂、脱水剂和磺化剂。
亚硫酸
由二氧化硫溶于水而得,只存在于水溶液中,还未制得纯净的亚硫酸。亚硫酸是弱酸(电离常数K1=1.6×10-2,K2=1.0×10-7),溶液中含有H3O+、HSO婣和少量SO娫。亚硫酸具有强还原性,可氧化成硫酸:
H2SO3+Br2+H2O—→H2SO4+2HBr
由于亚硫酸中硫的氧化数为+4,遇到强还原剂时,又表现出氧化性,被还原为单质硫:
H2SO3+2H2S—→3S+3H2O
亚硫酸是工业上常用的还原剂、漂白剂和消毒杀菌剂。