ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Свойства сернистого и серного ангидрида

Свойства сернистого ангидрида. Состав сернистого ангидрида, называемого также сернистым газом или двуокисью серы, выражается формулой S02. Относитель­ная молекулярная масса сернистого ангидрида 64,063. Это бесцветный газ с резким запахом, сильно раздража­ющий слизистые оболочки глаз и дыхательные пути. Он в 2,26 раза тяжелее воздуха. При атмосферном дав­лении S02 легко превращается в жидкость, когда темпе­ратура понижается до —10,1° С, и замерзает при —73° С.

Сернистый ангидрид хорошо растворяется в воде: в одном объеме воды при 20° С его растворяется около 40 объемов. Реакция растворения SO2 в воде экзотермична, т. е. при растворении выделяется тепло в количестве 34,4 кДж/моль (8,2 ккал/моль). Растворимость SO2 в воде понижается с повышением температуры. 'Гак, если при 0° С и атмосферном давлении в 1 л воды растворя­ется 228,5 г сернистого ангидрида, то при 50° С и том же давлении растворяется только 38 г. При растворении сернистого ангидрида в воде образуется сернистая кис­лота:

S02-f-H20 — H2S03 (22)

Сернистая кислота — нестойкое соединение и может существовать только в растворе.

Растворимость сернистого ангидрида в серной кислоте меньше, чем в воде. С повышением концентрации серной кислоты растворимость сернистого ангидрида в ней уменьшается, достигая минимального значения при 85%-»ом содержании H2SO4, а затем вновь увеличива­ется.

В присутствии катализатора сернистый ангидрид окис­ляется до серного;

2S02+02^2S03 (23)

При взаимодействии с хлором сернистый ангидрид образует хлористый сульфурил:

S02+CI2 — S02C1.2 (24)

Сернистый ангидрид может быть превращен в жид­кость при 15°С и давлении 2,6-105 Па. С повышением температуры необходимое давление увеличивается; так, при 70° С оно должно быть уже 135,3-105 Па. Сернистый ангидрид может быть как окислителем, так и восстано­вителем.

Свойства серного ангидрида. Состав серного ангидри­да, называемого также трехокисью серы, выражается формулой SO3. Относительная молекулярная масса сер­ного ангидрида 80,062. Серный ангидрид в обычных ус­ловиях представляет собой бесцветный газ, который на воздухе мгновенно вступает в реакцию с парами воды. При этом образуется туман серной кислоты, представ­ляющий собой мельчайшие капли серной кислоты, взве­шенные в воздухе.

При температуре выше 44,75° С серный ангидрид су­ществует в газообразном состоянии. С понижением тем­пературы он превращается в бесцветную жидкость. Су­ществует также твердый серный ангидрид, причем он образует три кристаллические модификации: а, р, у - Каждой из этих модификаций соответствуют следующие температуры плавления: 16,8; 31,5; 62,2° С. Строения кристаллических решеток этих модификаций различны; различны также давления паров, химическая активность и другие свойства. а-Форма представляет собой мономер S03, ари у — полимеры S03: (S03)n, диссоциирующие при нагревании

(S03)„^:«S03 (25)

Реакции кристаллизации и полимеризации серного ангидрида экзотермичны.

С водой газообразный серный ангидрид реагирует очень активно. При этом образуется серная кислота и выделяется большое количество тепла:

SQ,+H20=H2S04+131,1 кДж (31,29 ккал). (26)

Серный ангидрид оказывает сильное водоотнимающее действие и вызывает обугливание растительных и живот­ных тканей. Серный ангидрид — сильный окислитель; окисляя серу, фосфор, углеводороды и другие вещества, он восстанавливается до сернистого ангидрида. Поли­мерные формы серного ангидрида значительно менее активны: менее энергично реагируют с водой, слабо ды­мят на воздухе и проявляют обугливающее действие в незначительной степени.

Жидкий серный ангидрид смешивается с сернистым ангидридом в любых соотношениях. Твердый серный ан­гидрид растворяется в жидком S02, не образуя при этом химических соединений. Газообразный S03 реагирует с хлористым водородом, образуя хлорсульфоновую кисло­ту S02(0H)C1. С азотной кислотой S03 образует соеди­нение (S03)2-HN03.