Номер 3, страница 39, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Какие свойства серной кислоты и экономические факторы определяют ее положение в промышленности?

Положение серной кислоты в промышленности как одного из самых многотоннажных и важных продуктов химического производства ("хлеба химической промышленности") определяется сочетанием ее уникальных химических свойств и благоприятных экономических факторов.

Свойства серной кислоты

1. Сильная двухосновная кислота. Серная кислота $H_2SO_4$ является одной из сильнейших неорганических кислот. Это свойство используется для производства других кислот (например, соляной, азотной) из их солей, для получения различных солей (сульфатов), а также для травления (очистки поверхности) металлов в металлургии. В разбавленных растворах она диссоциирует практически полностью: $H_2SO_4 + 2H_2o \rightarrow 2H_3O^+ + SO_4^{2-}$.

2. Сильный окислитель. Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, особенно при нагревании. Она способна окислять многие металлы, включая те, что стоят в ряду активности правее водорода (например, медь, серебро, ртуть), и неметаллы (углерод, серу, фосфор). Это свойство находит применение в различных химических синтезах и в металлургии. Пример реакции с медью: $Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$.

3. Сильное водоотнимающее средство. Концентрированная $H_2SO_4$ гигроскопична, то есть жадно поглощает водяные пары из воздуха и других газов. Это свойство используется для осушения газов (которые не реагируют с кислотой, например, $O_2$, $N_2$, $CO_2$). Кроме того, она способна отнимать химически связанную воду от органических соединений (например, обугливание сахара: $C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{H_2SO_4(конц.)} 12C + 11H_2O$), что делает ее незаменимым катализатором и реагентом в реакциях дегидратации (например, этерификации, нитрования) в органическом синтезе.

4. Нелетучесть. Серная кислота — тяжелая маслянистая жидкость с высокой температурой кипения (около 337 o C), что делает ее практически нелетучей при обычных условиях. Это свойство позволяет использовать ее для вытеснения более летучих кислот (например, $HCl$, $HNO_3$) из их твердых солей при нагревании. Этот метод является основой промышленного получения соляной кислоты: $2NaCl(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2HCl\uparrow$.

5. Сульфирующая способность. Серная кислота и особенно олеум (раствор $SO_3$ в $H_2SO_4$) используются для введения сульфогруппы ($-SO_3H$) в органические соединения. Реакции сульфирования лежат в основе производства синтетических моющих средств, многих красителей, ионообменных смол и лекарственных препаратов.

Ответ: Ключевые химические свойства серной кислоты, определяющие ее широчайшее промышленное применение, — это ее сила как кислоты, высокие окислительные, водоотнимающие и сульфирующие способности, а также ее нелетучесть.

Экономические факторы

1. Доступность и дешевизна сырья. Основным сырьем для производства серной кислоты служат широко распространенные и недорогие материалы: самородная сера ($\text{S}$), серный колчедан (пирит, $FeS_2$), а также сероводород ($H_2S$) и сернистый ангидрид ($SO_2$), которые являются побочными продуктами или отходами металлургических производств и нефтегазовой отрасли. Использование отходящих газов цветной металлургии позволяет не только значительно снизить стоимость кислоты, но и решить важную экологическую проблему утилизации токсичных выбросов.

2. Отработанная и высокоэффективная технология производства. Современный контактный метод производства серной кислоты является непрерывным, высокоавтоматизированным и позволяет достигать степени превращения сырья в конечный продукт более 99.7%. Высокая эффективность и большие масштабы производства обеспечивают низкую себестоимость кислоты. Ключевая стадия — каталитическое окисление $SO_2$ в $SO_3$ на ванадиевом катализаторе: $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3 + Q$. Экзотермичность реакций позволяет использовать выделяющееся тепло для выработки пара и электроэнергии, что еще больше снижает затраты.

3. Широчайший спектр применения. Спрос на серную кислоту огромен, так как она используется практически во всех отраслях промышленности. Объем ее потребления является одним из показателей уровня промышленного развития страны. Главная область применения — производство минеральных удобрений (суперфосфата, сульфата аммония). Другие важные области: химический синтез (волокна, пластмассы, красители, взрывчатые вещества), металлургия (переработка руд, травление металлов), нефтепереработка (очистка нефтепродуктов), а также использование в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах.

4. Относительная безопасность и удобство транспортировки. Концентрированная серная кислота (с массовой долей более 92%) пассивирует железо и сталь, образуя на их поверхности тонкую защитную пленку сульфата железа. Это позволяет перевозить ее в больших объемах в обычных стальных железнодорожных цистернах и танк-контейнерах, что значительно упрощает и удешевляет логистику по сравнению со многими другими агрессивными кислотами (например, азотной или соляной).

Ответ: Основные экономические факторы, обеспечивающие лидирующее положение серной кислоты, — это дешевое и обильное сырье (включая промышленные отходы), высокоэффективная и отлаженная технология производства, огромный и стабильный спрос в ключевых отраслях промышленности и удобство транспортировки в больших объемах.