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添加4,097字节 、​ 2021年12月12日 (星期日)
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第77行:
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。
 
由于铅室法实际并不是<chem>SO2</chem>气相氧化法,<chem>SO2</chem>的氧化反应主要在液相中进行,因此也可以用塔来代替铅室,这就是铅室法的改进——塔式法。塔是化工生产中进行气液传质(质量传递,包括吸收、精馏等)单元操作的重要设备,塔中有充填填料(瓷环、瓷片等)或者塔板(泡罩塔、筛板塔等),能有效地做到增加气液接触面积,延长接触时间等,使得传质效率得到了很大的提高,塔式法相对铅室法,单塔SO2转化率远优于单个铅室,因此是一种有效的改进方法。
==== 接触法 ====
 
铅室法或者塔式法,生产原料容易获得,对设备要求也低,制造铅室或者塔只要是耐酸材料就行,只要能耐受80%以下的硫酸,以及氮氧化物、硝酸等即可,不一定必须用铅,甚至可以用非金属材料制造,因此在工业基础薄弱的情况下,也可以建成硫酸厂。
 
抗战时期,敌后抗日根据地曾使用硝化法大量生产硫酸,进而生产硝酸,所使用的设备是用耐酸陶缸,即农村用的大水缸制成的“缸室”和“缸塔”,并在“缸塔”中填充碎瓷片等作为填料,用陶瓷管作为导管;所使用的原料主要是农村土产的硫磺和火硝,通过燃烧硫磺获取<chem>SO2</chem>,制得的硫酸和火硝共热即可制取硝酸,制取硝酸的副产品硫酸氢钾(<chem>KHSO4</chem>)又可以和火硝共热制取<chem>NO2</chem>。根据地简陋条件下生产的硫酸和硝酸为根据地兵工厂提供了大量的火炸药制造原料。
 
由于铅室法实际属于液相氧化法,没有直接生成<chem>SO3</chem>,因此制得的硫酸浓度较低,一般只稍高于60%,改进的塔式法生产硫酸浓度稍高,但一般仍不超过76%,无法直接生产98%浓硫酸,更无法生产发烟硫酸,这是铅室法或者塔式法的最大缺点。铅室法或者塔式法可以利用浓度很低的含<chem>SO2</chem>气体生产硫酸,冶炼某些有色金属硫化物矿石时,含低浓度<chem>SO2</chem>的烟气可以以塔式法进行回收,生产副产品硫酸,能起到环保作用,因此今天塔式法也没有完全失去工业应用价值。
 
==== 接触法(催化氧化法) ====
 
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。
第91行 ⟶ 第99行:
<center><chem>2SO2 + O2 <=>[V2O5][\vartriangle] 2SO3</chem></center>
 
<chem>SO3</chem>与水的反应非常极其剧烈,将水直接加入固体<chem>SO3</chem>中,比将水倒入浓硫酸中的后果还要严重,无论是工业上还是实验室中都不能使用这种方法。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:
 
此外,<chem>SO3</chem>在硫酸中的溶解度比水高,因此工业上使用98.3%硫酸吸收<chem>SO3</chem>气体。吸收时,先是<chem>SO3</chem>与98.3%硫酸中的少量水反应,硫酸浓度增加,当硫酸浓度增加到100%之后,过量的<chem>SO3</chem>仍然可以溶解在100%硫酸中,生成发烟硫酸。再用92.5%的硫酸或水稀释,便继续形成98.3%的硫酸。所制得的硫酸会被冷却及储存:
 
<center>
第97行 ⟶ 第107行:
 
<chem>H2S2O7 + H2O \xlongequal{} 2H2SO4</chem>
</center>
 
=== 实验室制法 ===
 
==== 接触蒸馏法 ====
 
加热蒸馏稀硫酸,由于硫酸和水的沸点不同,可以得到硫酸和水的共沸混合物。
 
==== 电解法 ====
 
由于<chem>OH-</chem>比<chem>SO4^{2-}</chem>更容易失去电子,水被电解时,硫酸不被电解,会留在溶液内。电解稀硫酸溶液,可以把其中的水电解得到<chem>H2</chem>和<chem>O2</chem>,同时得到浓硫酸。
 
==== <chem>CuSO4</chem>法 ====
 
利用<chem>Cu^{2+}</chem>比<chem>H+</chem>容易得到电子,以及<chem>H</chem>后不活泼金属的硫化物难溶于酸的特性制硫酸。在不活泼金属的硫酸盐中,<chem>CuSO4</chem>最容易得到,因此这种方法选用<chem>CuSO4</chem>。由于<chem>SO4^{2-}</chem>不变,用多少<chem>CuSO4</chem>就能制多少硫酸。
 
电解<chem>CuSO4</chem>溶液:
 
<center><chem>2CuSO4 + 2H2O \xlongequal{通电} 2Cu (v) + 2H2SO4 + O2 (^)</chem></center>
 
将<chem>H2S</chem>气体通入<chem>CuSO4</chem>中:
 
<center><chem>CuSO4 + H2S \xlongequal{} CuS (v) + H2SO4</chem></center>
 
==== 电解<chem>MnSO4</chem>溶液法 ====
 
同样,由于<chem>SO4^{2-}</chem>不变,用多少<chem>MnSO4</chem>就能制多少硫酸。顺便得到<chem>MnO2</chem>,可以和<chem>SO2</chem>反应再生成硫酸。
 
<center>
<chem>MnSO4 + 2H2O \xlongequal{通电} MnO2 (v) + H2SO4 + H2 (^)</chem>
 
<chem>SO2 + 2H2O \xlongequal[MnO2]{通电} H2SO4 + H2 (^)</chem>
</center>
 
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