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酸:修订间差异

来自奇葩栖息地
添加3,645字节 、​ 2021年12月12日 (星期日)
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(创建页面,内容为“本页面列出一些酸的性质及制法。 == 硫酸(<chem>H2SO4</chem>) == {| class="wikitable" ! 密度 !! 熔点 !! 沸点 !! 闪点<br>(着火点) !…”)
 
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第23行:
|}
 
=== 硝化工业制法 ===
 
燃烧硫磺==== 制取<chem>SO2</chem> ====
分为铅室法和塔式法两种,现已几乎不再使用。简化原理如下:
 
鉴于我国缺乏天然硫磺矿,而硫铁矿资源却比较丰富的情况,常用隔绝空气给硫铁矿(<chem>FeS2</chem>)加强热的方法制取硫磺(<chem>S</chem>),即土法制硫磺,《天工开物》即有记载并沿用至今:
燃烧硫磺制取<chem>SO2</chem>。
 
<center><chem>FeS2 \xlongequal{高温} FeS + S (^)</chem></center>
 
可燃烧硫磺、加热硫铁矿、闪锌矿(<chem>ZnS</chem>)、硫化汞(<chem>HgS</chem>)等获得<chem>SO2</chem>:
 
<center>
<chem>S + O2 \xlongequal{点燃} SO2</chem>
 
<chem>4FeS2 + 11O2 \xlongequal{\vartriangle} 2Fe2O3 + 8SO2</chem>
<chem>NO</chem>与<chem>O2</chem>反应生成<chem>NO2</chem>,<chem>SO2</chem>与<chem>NO2</chem>反应生成<chem>SO3</chem>,再与<chem>H2O</chem>反应可得浓度为70%的硫酸:
 
<chem>2ZnS + 3O2 \xlongequal{\vartriangle} 2ZnO + 2SO2</chem>
 
<chem>HgS + O2 \xlongequal{\vartriangle} Hg + SO2</chem>
</center>
 
==== 硝化法 ====
 
分为铅室法和塔式法两种,现已几乎不再使用。简化原理如下即氧化<chem>SO2</chem>得到<chem>SO3</chem>,并与水反应得到硫酸
 
<chem>NO</chem>与<chem>O2</chem>反应生成<chem>NO2</chem>,<chem>SO2</chem>与<chem>NO2</chem>反应生成<chem>SO3</chem>,再与<chem>H2O</chem>反应可得浓度为70%左右的硫酸:
 
<center>
<chem>2NO + O2 \xlongequal{} 2NO2</chem>
 
第38行 ⟶ 第55行:
 
<chem>SO3 + H2O \xlongequal{} H2SO4</chem>
</center>
 
或使用<chem>N2O3</chem>,生成的<chem>NO</chem>又迅速氧化生成<chem>NO2</chem>,再生成<chem>N2O3</chem>:
 
<center>
<chem>SO2 + N2O3 + H2O \xlongequal{} H2SO4 + 2NO</chem>
 
第46行 ⟶ 第65行:
 
<chem>NO + NO2 \xlongequal{} N2O3</chem>
</center>
 
其硫酸的硝化法所得硫酸纯度较低,且无法除去<chem>NO</chem>及<chem>NO2</chem>,因此混有亚硝酸(<chem>HNO2</chem>)和硝酸(<chem>HNO3</chem>):
 
<center>
<chem>NO + NO2 + H2O \xlongequal{} 2HNO2</chem>
 
<chem>3NO2 + H2O \xlongequal{} 2HNO3 + NO</chem>
</center>
 
实际上,可以将<chem>NO2</chem>看作催化剂。从理论上看,<chem>SO2</chem>的氧化是一个气相氧化过程,因此设计在中空的铅室中进行,<chem>Pb</chem>可以耐受浓度不太高的硫酸腐蚀。
 
==== 接触法 ====
 
硝化法无法直接生产98%浓硫酸,即使蒸馏获得98%浓硫酸,也很难进一步制得发烟硫酸(<chem>H2S2O7</chem>),随着化学工业和军事工业的发展,需要的98%浓硫酸和发烟硫酸越来越多,硝化法显然不能满足需求,于是出现了接触法。
 
接触法本质是<chem>SO2</chem>的气相催化氧化法,使用空气中的<chem>O2</chem>作为氧化剂,在一定温度和催化剂的作用下,将<chem>SO2</chem>直接氧化为<chem>SO3</chem>,然后与水反应即得到硫酸。由于直接生成了<chem>SO3</chem>,控制水的用量可以制得浓度很高的硫酸,甚至发烟硫酸。
 
实际上,“接触剂”或者“触媒”本来就是“催化剂”的一种旧称,直到20世纪60年代,中文化学资料中仍然广泛使用“接触剂”这一名词,因此“接触法”就是“催化法”,也就是<chem>SO2</chem>催化氧化法。
 
接触法最早使用的催化剂是<chem>Pt</chem>,在<chem>Pt</chem>在<chem>SO2</chem>催化氧化反应中,所需的活化温度最低,仅需300℃—400℃,且<chem>SO2</chem>的转化率可达99%左右。但<chem>Pt</chem>价格昂贵,而且很容易发生催化剂中毒,少量杂质都容易使得铂催化剂失效,因此目前已经不再使用。以五氧化二钒(<chem>V2O5</chem>)为主要活性组分的钒催化剂所需的活化温度略高于<chem>Pt</chem>,通常为420℃—600℃,<chem>SO2</chem>的转化率也可做到90%以上,且价格相对便宜,不容易发生催化剂中毒失活,因此目前使用的催化剂主要都是这一种。
 
实际上,<chem>Cr2O3</chem>、<chem>Fe2O3</chem>等都可以作为<chem>SO2</chem>催化氧化的催化剂,但这些催化剂的活化温度更高,<chem>SO2</chem>的转化率会下降,因此工业上不使用,但可以在实验室中使用。例如中学化学实验室中演示<chem>SO2</chem>的催化氧化,可将新制的<chem>Cr2O3</chem>或<chem>Fe2O3</chem>附着在石棉绒或者玻璃棉、玻璃纤维等载体上,再装填进硬质玻璃管、瓷管或者石英管中作为催化剂,并加以强热,同样可以收到一定的实验效果。
 
<center><chem>2SO2 + O2 <=>[V2O5][\vartriangle] 2SO3</chem></center>
 
<chem>SO3</chem>与水的反应非常剧烈,如果直接溶于水中,就会释出大量热能,并形成硫酸雾,阻碍溶解过程,而且难以收集。此外,<chem>SO3</chem>在硫酸中的溶解度比水高,因此硫酸制造厂不会把<chem>SO3</chem>直接溶于水,而是用98.3%的硫酸吸收,再用92.5%的硫酸,便继续形成98.3%的硫酸。所制得的硫酸会被冷却及储存:
 
<center>
<chem>H2SO4 + SO3 \xlongequal{} H2S2O7</chem>
 
<chem>H2S2O7 + H2O \xlongequal{} 2H2SO4</chem>
</center>
 
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2,007

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