Azufre y sulfuros (1)

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1 Universidad Nacional del Callao Laboratorio de Inorgánica Facultad de Ingeniería Química 94G Azufre y sulfuros 1. OBJETIVOS: Obtener las formas alotrópicas del azufre. Experimentar con las reacciones las propiedades reductoras y oxidantes del azufre. Obtener el ácido sulfúrico y diferenciar sus sales, los sulfitos y sulfatos. 2. MATERIALES Y SUSTANCIAS: I. MATERIALES: Materiales Uso Matraz Por su forma troncocónica es útil para realizar mezclas por agitación y para la evaporación controlada de líquidos, ya que se evita en gran medida la pérdida del líquido; además, su abertura estrecha permite la utilización de tapones. Tubos de Ensayo Se utiliza preferentemente como recipiente de líquidos y sólidos, con los cuales se harán mezclas o se les someterá a variaciones de temperatura u otras pruebas.

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Azufre y sulfuros

1. OBJETIVOS:

Obtener las formas alotrópicas del azufre. Experimentar con las reacciones las propiedades reductoras y oxidantes

del azufre. Obtener el ácido sulfúrico y diferenciar sus sales, los sulfitos y sulfatos.

2. MATERIALES Y SUSTANCIAS: I. MATERIALES:

Materiales UsoMatraz

Por su forma troncocónica es útil para realizar mezclas por agitación y para la evaporación controlada de líquidos, ya que se evita en gran medida la pérdida del líquido; además, su abertura estrecha permite la utilización de tapones.

Tubos de Ensayo

Se utiliza preferentemente como recipiente de líquidos y sólidos, con los cuales se harán mezclas o se les someterá a variaciones de temperatura u otras pruebas.

Pipeta

La pipeta es un instrumento volumétrico de laboratorio que permite medir la alícuota de líquido con bastante precisión.

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Materiales UsoEspátula

Se utiliza para tomar pequeñas cantidades de compuestos que son, básicamente, polvo. Se suele clasificar dentro del material de metal y es común encontrar en recetas técnicas el término punta de espátula para referirse a esa cantidad aproximadamente.

Luna de RelojSu utilidad más frecuente es pesar muestras sólidas; aunque también es utilizado para pesar muestras húmedas después de hacer la filtración, es decir, después de haber filtrado el líquido y quedar solo la muestra sólida

Pinzas

Mediante la cual se pueden sujetar diferentes objetos de vidrio (embudos de laboratorio, buretas...)

Mechero

Utilizado en laboratorios científicos para calentar o esterilizar muestras o reactivos químicos.

Vaso precipitado

Es utilizado para preparar o calentar sustancias y transvasar líquidos

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II. SUSTANCIAS:

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Sustancia DescripciónHCl

Es una disolución acuosa del gas cloruro de hidrógeno (HCl). Es muy corrosivo y ácido. Se emplea comúnmente como reactivo químico y se trata de un ácido fuerte que se disocia completamente en disolución acuosa.

azufre rombicoS8 Llamado también azufre alfa, el

azufre rómbico es de color

amarillo limón, insoluble en agua,

ligeramente soluble en alcohol

etílico, éter dietílico, benceno, y

es muy soluble en disulfuro de

carbono. Su densidad es 2.07

g/cm3 (1.19 oz/in3) y su dureza es

de 2.5 en la escala de Mohs.

azufremonoclinicoLlamado también azufre

prismático y azufre beta, es la

modificación estable del elemento

por encima de la temperatura de

transición y por debajo del punto

de fusión.

H 2O Es aquella a la que se le han eliminado las impurezas e iones mediante destilación. La destilación es un método en desuso para la producción de agua pura a nivel industrial. Esta consiste en separar los componentes líquidos de una mezcla.

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Sustancia DescripciónKI

El yoduro de potasio es una sal cristalina de formula KI, usada en fotografía y tratamiento por radiación. Al ser menos higroscópica que el yoduro de sodio, es más utilizada como fuente de ion yoduro. Se porta como una sal simple, es un reductor débil por el cual es oxidado por otros elementos como el cloro.

H 2SO 4Es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica.

HNO3 Es un líquido corrosivo y toxico que puede ocasionar graves quemaduras.se utiliza para realizar explosivos como la nitroglicerina así como fertilizantes. Es un raro reactivo capaz de disolver el otro y el platino.[

BaCl2es una de las sales solubles en agua más importantes de bario.es toxica y da coloración amarillo-verde. Cristaliza tanto en fluorita y cloruro de plomo. Los cuales pueden acomodar la preferencia de los grandes iones de Ba -2.

Sustancia DescripciónBaSO3

Es un polvo blanco, tóxico, soluble en ácido clorhídrico diluido, que se utiliza en la fabricación de papel. tiene una densidad 4.44 g/cm3

Su masa es 217.391 g/mol y es insoluble en etanol.

BaSO4

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Na2S2O3

Es un cristal blanco, es fácilmente soluble en el agua aunque no en el alcohol y ha delicuescencia en el aire húmedo, ampliamente utilizado después del blanqueo.

Na2SO3

Es un compuesto incoloro, producto de la reacción del ácido sulfúrico con hidróxido de sodio. En agua se disuelve con reacción ligeramente básica. Posee una densidad de 2.633 g/cm3, es soluble en agua

Na2SO4

El sulfato de sodio o sulfato sódico es una sustancia incolora ,cristalina con buena solubilidad en el agua y mala solubilidad en la mayoría de los disolventes orgánicos con excepción de la glicerina.

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3. PROCEDIMIENTO: Todos los materiales que se va a utilizar en los siguientes experimentos deben estar limpios y secos, para esto primero lave con un poco de detergente los materiales de vidrio y enjuague, seguidamente prenda el mechero (en llama no luminosa) y con la ayuda de una pinza empiece a secar cada material.

OBTENCIÓN DEL AZUFRE PLASTICO:

1° En un tubo de ensayo colocamos un poco de azufre (un polvo de color amarillento) y con ayuda del mechero lo calentamos hasta que se funda y se torne de un color rojizo indicando la presencia de dióxido de azufre (SO2).

2° Luego con una pinza vertemos el azufre fundido

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calentando constantemente dentro de un vaso de precipitado lleno de agua destilada.

3°Observando la formación del azufre plástico él se manifestó en forma de bolitas de color marrón claro.

OBTENCIÓN DEL AZUFRE MONOCLINICO: 1° Previamente preparamos un papel sobre un embudo, un vaso de precipitado con agua.2° Colocamos en un tubo de ensayo una pequeña cantidad de azufre y calentamos muy lentamente a fuego directo.

3° Agitar y rotar con suavidad a medida que el azufre funde, con cuidado que el color de la masa fundida se oscurezca.

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4° Echar el azufre fundido sobre el papel y al ser retenido por el papel se observara el azufre en un color amarillo con puntas cristalizadas.

OBTENCIÓN DEL AZUFRE COLOIDAL :

1° En un tubo de ensayo limpio y seco, colocamos una pequeña cantidad de Na2 S 2O3 (tiosulfato de sodio) luego agregamos 1ml de HCl (0.1 N: liquido incoloro).

2° Agitamos bien y observamos un color amarillo blanquecino lechoso y ese es el azufre coloidal.

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PROPIEDADES REDUCTORAS DEL AZUFRE:

1° En un tubo de ensayo limpio y seco echamos 1m de ácido nítrico (HNO3 (CC) un líquido incoloro) luego agregamos un poco de azufre en polvo (S: color amarillo)

2° Calentamos la mezcla por un minuto y medio llegando a su punto de ebullición (el gas es NO2 color anaranjado rojizo) agregamos ácido sulfúrico) y al mismo tiempo echamos el Cloruro de bario 5% (Bacl2: un líquido incoloro).

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3° Agitamos bien y observamos que en la solución se forma un color blanco lechoso (en el Ba2SO4).

EL ION SULFURO COMO AGENTE REDUCTOR:

1° Para obtener el H2S(g) calentamos el disulfuro de hierro con ácido clorhídrico .

2° Luego que obtenemos el ácido sulfhídrico H2S(g) , le

agregamos el yodato de potasio y KI3(ac).

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3° Agitamos y observamos que el I2 se reduce y pasa a I-, y que el azufre pasa de S- a S0, se nota por la presencia de un color lechoso.

PROPIEDADES REDUCCTORAS DEL TIOSULFATO DE SODIO:

1° Se tiene KI3(ac) y se le agrega almidón el cual reacciona con el I2

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que está en la reacción .I2(ac) + almidón → complejo de almidón yodo (yodo-almilosa). Se nota la formación de este compuesto por el color azul.

2° Luego a esta reacción se le agrega Na2S2O3 y vemos como se decolora .Esto ocurre porque el I2

0 paso a I- y el S2O32- pasa a

S4O62- .

.

3°Luego le echamos agua y se pone de color anaranjado y para comprobar la existencia de iodo le echamos almidón, donde se observa liberación de humos fucsia.

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DIFERENCIAS ENTRE IONES SULFITO Y SULFATO:

1° A 2 tubos de ensayo limpio y seco agregamos 2ml de una solución de cloruro de Bario 5% (BaCl2: Liquido incoloro) a un tubo agregamos una solución de sulfito de sodio 5% (Na2SO3

un líquido incoloro transparente) al otro tubo se le agrega la igual cantidad de solución de sulfato de sodio al 5%(Na2SO4

un líquido blanco turbio) agitamos bien ambos tubos y observamos,

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2° Después decantamos y solo nos quedamos con la parte sólida y con eso empezamos a trabajar.

3°despues de ese proceso obtenemos 2 tubos uno de sulfato de bario y el otro de sulfito de bario. En cada uno de ellos le añadimos Ácido Clorhídrico (HClcc: Liquido incoloro), agitamos bien y observamos que cada solución se pone blanquecina transparente pero con una cantidad de precipitado blanco. El sulfito por ser más soluble obtiene menos precipitado y el sulfato por ser menos soluble obtiene mas precipitado.

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4. DATOS EXPERIMENTALES:

OBTENCION DEL AZUFRE PLASTICO:

El azufre se pone de color rojizo y al echar al agua se observa un color amarillento con una contextura elástica lo cual nos damos cuenta que tiene propiedades del plástico y así obtenemos el sulfuro plástico.

OBTENCION DEL AZUFRE MONOCLINICO:

Se coloca el azufre al calor y se observa un color amarillento que al ser calentado se torna a un color oscuro lo cual se tiene que evitar, luego se procede a echar aun papel y podemos notar su estructura física que es como cristales (agujas) y así obtenemos el azufre cromoclínico.

OBTENCION DEL AZUFRE COLOIDAL:

Al tiosulfato de sodio (forma de bolitas) se le añade ácido clorhídrico y al agitar se observa un color lechoso algo amarillento y así obtenemos el azufre coloidal.

PROPIEDADES REDUCTORAS DEL AZUFRE:

Echamos ácido nítrico y azufre lo colocamos al calor hasta su punto de ebullición por lo menos minuto y medio. El azufre pasara a ácido sulfúrico, se decanta y solo se trabaja con lo que no reacciono. Seguidamente se agrega cloruro de bario y se obtiene un precipitado de color blanco.

EL ION SULFUROCOMO AGENTE REDUCTOR:

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Preparamos el ácido sulfúrico mediante un proceso que requiere de bisulfuro de hierro y el ácido clorhídrico se pone al calor y por medio de una manguera especial se obtiene el ácido sulfhídrico. Ya obtenido el ácido sulfhídrico se agrega triyoduro de potasio y se observa un cambio de cargas del iodo y del azufre, con un aspecto lechoso.

PROPIEDADES REDUCTORAS DEL TRIOSULFATO DE SODIO:

Se tiene triyoduro de potasio que es de color azul y se le agrega triosulfato de sodio que en un instante el color de la solución cambia a transparente. Para poder comprobar la existencia del iodo se le agrega agua y cambia a un color anaranjado donde le añadimos almidón y observa unos humos de color fucsia.

DIFERENCIAS ENTRE IONES SULFITOS Y SULFATOS:

Para poder comprobar la diferencia entre los iones de sulfitos y sulfatos se cogió 2 tubos de ensayo, al primero se le agrego sulfito de sodio y cloruro de bario donde se observó un precipitado lechoso de color blanco que era el sulfito de bario. Al segundo tubo se le agrego sulfato de sodio y cloruro de bario donde se observó un precipitado blanco que era el sulfato de bario, luego se decantó y solo se trabajó con los sólidos.

En al sulfito y sulfato de bario se agregó ácido clorhídrico donde se observó unos precipitados blancos, el sulfito tenia menso precipitado que el sulfato ya que era el más soluble en ácido clorhídrico.

5. TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES:

OBTENCIÓN DEL AZUFRE PLASTICO

Reacción Química:

S + O2 SO2

Nota: El cloro se reduce S0 pasa a S+2

OBTENCIO DEL AZUFRE MONOCLINICO:

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Reacción Química:

S + O2 SO2

Nota: El cloro se reduce S0 pasa a S+2

OBTENCIÓN DEL AZUFRE COLOIDAL:

Reacción química:

Na2S2O3 + 2HCl H2S2O3 + 2NaCl

H2S2O3 S + H2SO3

Na2S2O3 + 2HCl SO2 + S + 2NaCl + H2O

Nota: Se forma el azufre coloidal de color amarillento.

PROPIEDADES REDUCTORAS DEL AZUFRE:

Reacción química:

2HNO3(CC) + S(S) NO2 (g) + H2SO4(CC)

6HNO3 + S(S) 6NO2 (g) + H2SO4(CC) + 2H2O(l)

H2SO4(cc) + BaCl2(l) BaSO4(s) + 2HCl (cc)

Nota:

El precipitado blanco es el sulfato de bario

EL ION SULFURO COMO AGENTE REDUCTOR:

Reacción química:

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Ecuación para obtener el disulfuro de hierro

FeS2(s) + 2 HCl(aq) → FeCl2(aq)+ H2S(g)

Ecuación para obtener el KI3(ac)

I(s )+KI (ac)↔KI 3

Ecuación después de echar el KI3(ac)

KI3(ac) + H2S(g) → S + 2 HI + KI

Nota: El I2 se reduce y pasa a I- . El S-2 se reduce a S0

PROPIEDADES REDUCTORAS DEL TRISULFURO DE SODIO:

Reacción química:

Ecuación de la obtención KI3(ac)

I(s )+KI (ac )↔KI 3

Ecuación con el yodo

I2(ac) + almidon → complejo de almidon yodo (yodo-almilosa) (termolabil)

Ecuación cuando se agrega Na2S2O3

yodo-almilosa (termolabil ) + Na2S2O3 → Decoloracion

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Nota: El I2

0 paso a I- El S2O3

2- pasa a S4O62-

DIFERENCIAS ENTRE IONES SULFATO Y SULFITO:

Reacción química:

Ecuación de los sulfatos:

Na2SO4(ac) +BaCl2 BaSO4 + HCl

BaSO4 + 2HCL BaCl2 + SO3 + H2O(c)

Ecuación de los sulfitos:

Na2SO3(ac) +BaCl2(l) BaSO-3 (ac) + HCl

BaSo3(ac) + HCl BaCl2 SO(s) + H2O(L)

Nota:

El sulfito de bario es más soluble en ácido clorhídrico y posee menos precipitado

El sulfato de bario es menos soluble en ácido Clorhídrico y posee más precipitado.

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6. CONCLUSIONES:

Los estados alotrópicos dependerán de la temperatura a la cual sean fundidos.

El azufre libre y como ión sulfuro son buenos agentes reductores por su naturaleza electronegativa.

7. RECOMENDACIONES:

En la fundición del azufre (formación del azufre plástico), tener cuidado con los vapores desprendidos, ya que estos son sofocantes.

Debemos tener presente que los mecheros no deben estar encendidos si su uso no es necesario. Estos solo serán prendidos después de que no supongan ningún peligro para los compañeros.

Después de haber calentado los tubos de ensayo (objetos de vidrio) debemos dejar que estos se enfríen completamente antes de volver a usar.

No usar la boca para aspirar con pipetas, soluciones agresivas como ácidos y bases concentradas, como por ejemplo en esta práctica el ácido nítrico

8. BIBLIOGRAFÍA:

Arthur Vogel. Química Analítica Cualitativa Manual de laboratorio. López Sartre 2006 pag.127-130-145 Química inorgánica A.G.Sharpe. pág. 147

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Química elemental moderna inorgánica Celsi – Iacobucci Editorial Kapelusz

Química analítica cualitativa Vogel Arthur

9. ANEXOS:

Propiedades Físicas Y Químicas Del Azufre

ELEMENTO Oxigeno ELEMENTO Oxigeno

Símbolo SReservas estimadas Tm 2.5×109

Numero atómico 16 Configuración electrónica

[Ne]3s2 3p4

Abundancia: Cósmica(*) C.Terrestre (ppm) Agua de mar (ppm)

5.7 260870

Radio iónico (ppm) 127Radio covalente (ppm) 104Radio de Van der Waals (ppm) 185Temperatura de fusión (K)

α-S8 386.0β-S8 392.2

Descubriendo: Año Descubridor Lugar País

Conocidos por antiguas

civilizaciones

Temperatura de ebullición (K) 717.824Entalpia de fusión (KJ/mol) 1.32Entalpia de vapor. (KJ/mol) 9.62Temperatura critica (K)Presión critica (Kpa)

Minerales y/o fuentes mas importantes

NativoH2S

sulfuros

Volumen critico (ml/mol)Resistividad Elec. (Ω m) (a T K)

2*1015

(293)M. atómica(**) 32.066 Color Amarillo apáticoEstado a 20 ºC solido Electronegatividad 2.85

Estructuracristalinadel solido

Varias alotropías, intra e

intermoleculares

E. de ionización (KJ/mol de at.) 279.0

Estados de Oxidación

-2(*), 0, 2(*),4(*), 6(*),

1

3

Densidad (g/ml) α-S8 2.07 5

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a 293 Kβ-S8 1.957 Carga nuclear

efectiva (Slater)5.45

Producción (Tm/año) 54*106

afinidad electrónica (KJ/mol) 200.4

Producción de ácido sulfúrico

Método de las cámaras de plomo:

Este es el método de producción industrial de ácido sulfúrico más antiguo y consiste en varias etapas:

El dióxido de azufre (SO2) en estado gaseoso entra a una cámara, luego de haber salido de la cámara de combustión en donde es alimentado con ácido nitroso, para formar ácido nitrososulfúrico SO2 (OH )ONO.

Luego el ácido nitrososulfurico se desnitrifica para formar ácido sulfúrico¿) y trióxido de nitrógeno (N2O2). También se evapora el agua dejando el ácido con una concentración aproximada de un 76-78%.

El trióxido de nitrógeno producido con el dióxido de azufre sobrante pasan a la primera cámara de plomo en donde se agrega más agua para formar ácido sulfúrico, el cual escurre por las paredes y se acumula en la parte inferior. Así sigue pasando a otras cámaras de plomo en donde ocurren similares reacciones, para así ocuparla mayor cantidad de dióxido de azufre.

Las cámaras de azufre pueden variar en cantidad dependiendo de la industria, estas pueden variaren numero desde 3 a 10, y el ácido resultante de estas tiene una concentración aproximada de entre 62-68%.

Luego de pasar por las cámaras de plomo, el dióxido de azufre y óxidos de nitrógenos que aún quedan, pasan a una torre , en donde se disuelven en el ácido sulfúrico frío, proveniente de la torre dela primera obtención . para formar ácido sulfúrico, ácido nitroso y ácido nitroso sulfúrico. Estos dos últimos volverán a ser utilizados en la torre donde se produce el ácido sulfúrico.

Los compuestos gaseosos que no se utilizan o que no se disuelven en el ácido son liberados a la atmósfera a través de chimeneas.

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Método de Contacto:

Es el método de uso más generalizado en los países desarrollados. El fundamento del mismo reside en la oxidación reversible del SO2a SO3 sobre un catalizador sólido, que en un principio fue platino y que modernamente suele ser pentaóxido de divanadio (V2O5) por razones de economía, resistencia a los envenenadores (a los que el Pt es tan vulnerable), y velocidad de reacción:

2SO2+O2❑→

2 SO3

El proceso se puede resumir así:

Obtención de SO2, que se suele hacer por tostación de piritas o quemando azufre.

Purificación a fondo del SO2. Esta purificación es de extraordinaria importancia, de manera que se eliminan los posibles venenos del catalizador, como los óxidos de arsénico en el caso del platino, etc. Para ello se le hace pasar a través de unas “cámaras de polvo” precipitadores electrostáticos, torres de lavado y torres de secado posterior, mediante el uso de contracorrientes de ácido sulfúrico concentrado.

Oxidación del SO2 en una torre donde se encuentra el catalizador finamente dividido sobre un soporte adecuado, con el fin de ofrecer una superficie eficaz máxima. Previamente la mezcla de SO2 y aire, ha debido pasar por un cambiador de calor, donde alcanza una temperatura óptima para un mayor rendimiento de la reacción reversible. En el caso de que el catalizador sea V2O5 esta temperatura es de unos 400 º C.

El SO3 pasa a otra torre, donde se absorbe en ácido sulfúrico concentrado, en el que se disuelve muy bien, formando “óleum” o ácido sulfúrico fumante, que posteriormente es diluido a ácido sulfúrico de 99-100%.

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H 2SO 4+SO3------ H 2S2O7

H 2S2O7+H 2O ----H 2SO 4

El SO3 no se absorbe sobre agua, porque se origina una niebla compuesta de gotitas de ácido sulfúrico que no es absorbida, mientras que sobre ácido sulfúrico concentrado esta absorción tiene lugar rápidamente.

Usos del ácido sulfúrico

Producción de superfosfato de calcio (fertilizantes).

Potabilización de agua: para producir sulfato de aluminio a partir de bauxita.

Detergentes: en la sulfonación de dodecilbenceno, que es la materia prima básica para la mayoría de los detergentes utilizados en el hogar y la industria. También para esto se utiliza óleum 22%.

Fábricas de Papel: En el proceso de producción de la pulpa de papel, e indirectamente en el uso de sulfato de aluminio.

Refinación de Petróleo: para las calderas y procesos químicos.

Generación térmica de energía: para el tratamiento de las calderas.

Metalurgia: para el decapado de metales.

Producción de ácido para baterías eléctricas.

Producción de sulfato de aluminio: se lo utiliza en reacción con hidróxido de aluminio. El sulfato de aluminio producido se utiliza principalmente en potabilización de aguas, curtidos al alumbre (curtiembres), producción de papel y sales de aluminio.

Producción de sulfato de cromo: se lo utiliza en reacción con bicromato de potasio y un agente reductor. El sulfato de cromo se utiliza principalmente para el curtido de cueros (curtido al cromo).

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