C XIV века серную кислоту получали так называемым «камерным» методом, в основе которого лежала реакция горения на воздухе смеси серы и калийной селитры, описанной алхимиком Валентином. Процесс проводился в камерах, обитых свинцом, нерастворимым в серной кислоте. Продуктами горения являлись оксиды азота, соли калия и SO3. Последний поглощался водой, находящейся в камере. Таким удавалось получить кислоту небольшой крепости, которую концентрировали известными методами.
В зависимости от соотношения реагентов получался разный состав твердого остатка. Одна из схем получения камерной серной кислоты, наиболее полно расходующая нитрат калия:
{\displaystyle {\mathsf {2KNO_{3}+2S+2O_{2}\rightarrow K_{2}SO_{4}+SO_{3}+NO_{2}+NO}}}{\displaystyle {\mathsf {SO_{3}+H_{2}O\rightarrow H_{2}SO_{4Промышленные количества камерной серной кислоты получали вначале во Франции, потом в Англии. В СССР камерный просуществовал до 1955 г.
После обнаружения каталитической роли оксидов азота в реакции образования SO3 от камерного стали отказываться в пользу других методов, использующих менее трудоемкий получения и окисления SO2.
Современные править | править вики-текст]В настоящее время в промышленности применяют два метода окисления диоксида серы в производстве серной кислоты: контактный — с использованием твердых катализаторов, и нитрозный (башенный), в котором в качестве катализатора используют оксиды азота. В качестве окислителя обычно используют кислород воздуха.
В первом реакционная смесь пропускается сквозь слой твердого катализатора, во втором орошается водой или разбавленной серной кислотой в реакторах башенного типа. Вследствие высокой эффективности (производительность, компактность, чистота и стоимость продукта и др.) контактный вытесняет нитрозный.
Обнаружены сотни веществ, ускоряющих окисление SO2 до SO3, три лучших из них в порядке уменьшения активности: платина, оксид ванадия(V) V2O5 и оксид железа Fe2O3. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO2, особенно мышьяком. Оксид железа(III) требует высоких температур для проявления каталитической активности (выше 625 °C). Таким образом, ванадиевый катализатор является наиболее экономичным, и только он применяется при производстве серной кислоты.
Ниже приведены реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе — оксиде ванадия (V):
{\displaystyle {\mathsf {4FeS_{2}+11O_{2}\rightarrow 2Fe_{2}O_{3}+8SO_{2{\displaystyle {\mathsf {2SO_{2}+O_{2}\rightarrow 2SO_{3Нитрозный метод получения серной кислоты:
{\displaystyle {\mathsf {SO_{2}+NO_{2}\rightarrow SO_{3}+NO}}}{\displaystyle {\mathsf {2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2При реакции SO3 с водой выделяется огромное количество теплоты, и серная кислота начинает закипать с образованием трудноулавливаемой аэрозоли:
{\displaystyle {\mathsf {SO_{3}+H_{2}O\rightarrow H_{2}SO_{4}+\Delta Q}}}Поэтому SO3 смешивают с концентрированной серной кислотой, получая олеум, который далее разбавляется до нужной концентрации.
2Na(+) + 2OH(-) + Zn(+2) + SO4(-2) -> Zn(OH)2↓ + 2Na(+) + SO4(-2)
Zn(+2) + 2OH(-) -> Zn(OH)2↓
ZnSO4 + 2NaOH -> Zn(OH)2↓ + Na2SO4
Zn(+2) + SO4(-2) + 2Na(+) + 2OH(-) -> Zn(OH)2 ↓+ 2Na(+) + SO4(-2)
Zn(+2) + 2OH(-) -> Zn(OH)2↓