接触法

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接觸法(Contact process)是目前工业上制造硫酸的方法,整个方法主要包括四步:通过硫化矿或硫黄的高温焙烧产生二氧化硫气体;二氧化硫与氧气在高温催化下通过可逆反应化合生成三氧化硫;用浓硫酸吸收三氧化硫,产生發烟硫酸;以及最终发烟硫酸的用水稀释,得到硫酸成品。

製程[编辑]

製備二氧化硫的原料包括:硫和硫礦石,例如硫磺。在空氣中燃燒硫磺可以產生二氧化硫氣體。

\ S_{(s)}+O_{2(g)}\rightarrow SO_{2(g)} ; \ \Delta H=-298 \ kJ/mol

二氧化硫和空氣會先經過淨化,除去雜質,以免對下一過程採用的催化劑造成影響。

在常壓和攝氏450度下,把二氧化硫和空氣通過催化劑,製得三氧化硫。加上五氧化二釩(V2O5)作催化劑,就可產生三氧化硫也可用作催化剂,但是其價格較昂贵,且較易和雜質反應而損失。

\ 2 SO_{2(g)}+O_{2(g)}\rightleftharpoons 2 SO_{3(g)} ; \ \Delta H=-196 \ kJ/mol

在反應過程中,五氧化二釩发生了以下中间反应:

\ V_2O_{5(s)}+SO_{2(g)}\rightarrow 2 VO_{2(s)}+SO_{3(g)}
\ 4 VO_{2(s)}+O_{2(g)}\rightarrow 2 V_2O_{5(s)}
\ 2 SO_{2(g)}+O_{2(g)}\rightleftharpoons 2 SO_{3(g)}

二氧化硫和氧的反應是一個可逆反應。

在吸收塔內,三氧化硫會溶於98%的硫酸中,形成發煙硫酸

\ SO_{3(g)}+H_2SO_{4(l)}\rightarrow H_2S_2O_{7(l)}

發煙硫酸經適量的水稀釋後,便形成98%的硫酸,所製得的硫酸會被冷卻及儲存。

\ H_2S_2O_{7(l)}+H_2O_{(l)}\rightarrow 2H_2SO_{4(l)}

三氧化硫與水的反應非常劇烈,如果直接溶於水中,就會釋出大量熱能,並形成硫酸霧,阻礙溶解過程,而且難以收集。此外,三氧化硫在硫酸中的溶解度比水高,因此硫酸製造廠不會把三氧化硫直接溶於水。

\ SO_{3(g)}+H_2O_{(l)}\rightarrow H_2SO_{4(aq)} ; \ \Delta H=-132 \ kJ/mol

另見[编辑]

  • 鉛室法:較舊式的硫酸製程,現已較少使用

注释[编辑]