Уравнение реакции каталитическое окисление сероводорода

Сероводород

Сероводород

Строение молекулы и физические свойства

Сероводород H₂S – это бинарное соединение водорода с серой, относится к летучим водородным соединениям. Следовательно, сероводород бесцветный ядовитый газ, с запахом тухлых яиц. Образуется при гниении. В твердом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решетку.

Геометрическая форма молекулы сероводорода похожа на структуру воды — уголковая молекула. Но валентный угол H-S-H меньше, чем угол H-O-H в воде и составляет 92,1 о .

Способы получения сероводорода

1. В лаборатории сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.

Например , при действии соляной кислоты на сульфид железа (II):

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑

Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:

Еще один лабораторный способ получения сероводорода – нагревание парафина с серой.

Видеоопыт получения и обнаружения сероводорода можно посмотреть здесь.

2. Также сероводород образуется при взаимодействии растворимых солей хрома (III) и алюминия с растворимыми сульфидами. Сульфиды хрома (III) и алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: х лорид хрома (III) реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида хрома (III), сероводорода и хлорида натрия:

Химические свойства сероводорода

1. В водном растворе сероводород проявляет слабые кислотные свойства. Взаимодействует с сильными основаниями, образуя сульфиды и гидросульфиды:

Например , сероводород реагирует с гидроксидом натрия:

H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O
H₂S + NaOH → NaНS + H₂O

2. Сероводород H₂S – очень сильный восстановитель за счет серы в степени окисления -2. При недостатке кислорода и в растворе H₂S окисляется до свободной серы (раствор мутнеет):

В избытке кислорода:

3. Как сильный восстановитель, сероводород легко окисляется под действием окислителей.

Например, бром и хлор окисляют сероводород до молекулярной серы:

H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓

H₂S + Cl₂ → 2HCl + S↓

Под действием избытка хлора в водном растворе сероводород окисляется до серной кислоты:

Например , азотная кислота окисляет сероводород до молекулярной серы:

При кипячении сера окисляется до серной кислоты:

Прочие окислители окисляют сероводород, как правило, до молекулярной серы.

Например , оксид серы (IV) окисляет сероводород:

Соединения железа (III) также окисляют сероводород:

H₂S + 2FeCl₃ → 2FeCl₂ + S + 2HCl

Бихроматы, хроматы и прочие окислители также окисляют сероводород до молекулярной серы:

Серная кислота окисляет сероводород либо до молекулярной серы:

Либо до оксида серы (IV):

4. Сероводород в растворе реагирует с растворимыми солями тяжелых металлов : меди, серебра, свинца, ртути, образуя черные сульфиды, нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах.

Например , сероводород реагирует в растворе с нитратом свинца (II). при этом образуется темно-коричневый (почти черный) осадок, нерастворимый ни в воде, ни в минеральных кислотах:

Взаимодействие с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.

Видеоопыт взаимодействия сероводорода с нитратом свинца можно посмотреть здесь.

Сероводород: решение задач методом электронного баланса

Подробно решение уравнений окислительно-восстановительных реакций (ОВР) методом электронного баланса разобраны на странице «Метод электронного баланса».

Ниже приведены примеры решения задач ОВР сероводорода (См. Свойства сероводорода).

Если в окислительно-восстановительной реакции принимают участие простые вещества, молекулы которых состоят из двух или более атомов элементов, то в электронном балансе кол-во отданных и полученных электронов определяют с учётом кол-ва атомов в молекуле: H₂ 0 -2e — → 2H +1 .

Уравнения окислительно-восстановительных реакций сероводорода

1. Уравнение реакции окисления сероводорода при недостатке кислорода с образованием серы и воды:

2. Уравнение реакции окисления сероводорода в избытке кислорода с образованием сернистого ангидрида и воды:

3. Уравнение реакции окисления железа в сероводородной среде с образованием сульфида железа и воды:

4. Уравнение реакции окисления серебра в сероводородной среде с образованием сульфида серебра и воды:

5. Уравнение реакции сероводорода с цинком с образованием сульфида цинка и газообразного водорода:

6. Уравнение реакции сероводорода с сернистым ангидридом с образованием серы и воды:

7. Уравнение реакции сероводорода с концентрированной серной кислотой:

8. Уравнение реакции сероводорода с концентрированной серной кислотой при высокой температуре:

9. Уравнение реакции сероводорода с оксидом железа:

Поскольку часть сульфид-ионов из молекул сероводорода окисляется до серы, а другая — переходит без изменения степени окисления в состав молекул сульфида железа, поэтому, в первую очередь уравнивают коэффициенты перед FeS и S, и только потом ставится коэффициент перед H₂S.

10. Уравнение реакции сероводорода с дихроматом калия в кислой среде:

11. Уравнение реакции сероводорода с перманганатом калия:

12. Уравнение реакции сероводорода с хлоридом железа:

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Окислительная конверсия сероводорода в элементную серу (процесс Клауса)

Сероводород, получаемый с гидрогенизационных процессов пе­реработки сернистых и высокосернистых нефтей, газоконденсатов и установок аминной очистки нефтяных и природных газов, обычно используют на НПЗ для производства элементной серы, иногда для производства серной кислоты.

Наиболее распространенным и эффективным промышленным методом получения серы является процесс каталитической окисли­тельной конверсии сероводорода Клауса.

Процесс Клауса осуществляется в две стадии:

1) стадия термического окисления сероводорода до диоксида серы

2)стадия каталитического превращения сероводорода и диокси­да серы

По реакции 1 расходуется до 70 % масс, сероводорода и при этом выделяется значительное количество тепла, которое перед катали­тической стадией должно быть утилизировано. Тепло, выделяющееся по реакции 2 (1/5 от все­го тепла), позволяет вести каталитический процесс при достаточно низких температурах и большой объемной скорости без си­стемы съема тепла.

Процесс термического окисления H₂S осуществля­ют в основной топке, смон­тированной в одном агрега­те с котлом-утилизатором. Объем воздуха, поступаю­щего в зону горения, дол­жен быть строго дозирован, чтобы обеспечить для вто­рой стадии требуемое соот­ношение SO₂ и H₂S (по сте­хиометрии реакции 2 оно должно быть 1:2). Темпера­тура продуктов сгорания при этом достигает 1100-1300°С в зависи­мости от концентрации H₂S и углеводородов в газе.

Вывод серы из реакционной системы, образовавшейся при реак­ции 2, благоприятствует увеличению степени конверсии H₂S до 95%. Поэтому стадию каталитической конверсии принято проводить в две ступени с выводом серы на каждой ступени.

Зависимость степени конверсии H₂S в серу от температуры и давления на обеих стадиях представлена на рис. 9.4. На графике по­казаны две зоны, разделенные пунктиром: высокотемпературная термического окисления (870-426 °С) и низкотемпературная ката­литическая (426-204 °С).

В высокотемпературной зоне с повышением давления степень превращения H2S в серу снижается. В каталитической зоне повыше­ние давления, наоборот, ведет к увеличению степени конверсии, так как давление способствует конденсации элементной серы и более полному выводу из зоны реакции.

Элементная сера существует в различных модификациях — S₂, S₆ и S₈: при высоких температурах газообразная сера в основном состо­ит из S₂, а при снижении температуры она переходит в S₆, затем в S₈. Жидкая сера представлена преимущественно модификацией S₈.

На практике увеличение степени конверсии H₂S достигается применением двух или более реакторов-конверторов с удалением серы конденсацией и последующим подо­гревом газа между ступенями. При переходе от одного реактора к другому по потоку газа температуру процесса снижают.

Традиционным катализатором в процессах Клауса вначале яв­лялся боксит. На современных установках преимущественно при­меняют более активные и термостабильные катализаторы на основе из оксида алюминия.

Технологическая схема установки производства серы по методу Клауса

Продукты термической конверсии H2S из печи-реактора П-1 про­ходят котел-утилизатор Т-1, где они охлаждаются до =160°С (при которой жидкая сера имеет вязкость, близкую к минимальной). Скон­денсированная сера поступает через гидрозатвор в подземный сбор­ник серы. В Т-1 генерируется водяной пар с давлением 0,4 — 0,5 МПа, используемый в пароспутниках серопроводов. Далее в реакторах Р-I и Р-2 осуществляется двухступенчатая каталитическая конверсия Н₂S и SO₂ с межступенчатым нагревом газов в печах П-2 и П-3 и ути­лизацией тепла процесса после каждой ступени в котлах-утилиза­торах Т-2 иТ-3. Сконденсированная в Т-2 и Т-3 сера направляется в сборник серы.

Рис. 3. Принципиальная технологическая схема установки получения серы из сероводорода по методу Клауса: I — сероводород; II — воздух; III — сера; IV — водяной пар; V — газы дожила; VI — конденсат

Газы каталитической конверсии второй ступени после охлажде­ния в котле-утилизаторе Т-3 поступают в сепаратор-скруббер со слоем насадки из керамических колец С-1, в котором освобождаются от механически унесенных капель серы.

Газы каталитической конверсии второй ступени после охлажде­ния в котле-утилизаторе Т-3 поступают в сепаратор-скруббер со слоем насадки из керамических колец С-1, в котором освобождаются от механически унесенных капель серы.

Технологический режим установки

Давление избыточное, МПа 0,03-0,05

Температура газа, °С

в печи-реакторе П-1 1100-1300

на выходе из котлов-утилизаторов 140-165

на входе в Р-1 260-270

на выходе из Р-1 290-310

на входе в Р-2 225-235

на выходе из Р-2 240-250

в сепараторе С-1 150

Сера широко применяется в народном хозяйстве — в производ­стве серной кислоты, красителей, спичек, в качестве вулканизирую­щего агента в резиновой промышленности и др.

Дата добавления: 2015-08-11 ; просмотров: 4339 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ