接觸法(Contact process)是目前工業上製造硫酸的主要方法,整個方法主要包括四步:通過硫化礦或硫黃的高溫焙燒產生二氧化硫氣體;二氧化硫與氧氣在高溫催化下通過可逆反應化合生成三氧化硫;用濃硫酸吸收三氧化硫,產生發煙硫酸;以及最終發煙硫酸的用水稀釋,得到硫酸成品。
此法由英國商人Peregrine Phillips於1831年首先申請為專利。
製程
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。
;![{\displaystyle \ \Delta H=-298\ kJ/mol}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8263bfa5012ae98e1cf1c7b5b88be10d54824de6)
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五氧化二釩(V2O5)催化劑,製得三氧化硫。鉑也可用作催化劑,但是其價格較昂貴,且較易和雜質反應而損失。
; ![{\displaystyle \ \Delta H=-196\ kJ/mol}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/21aeabdc7517db72c68bab531d245c29d3163e28)
在反應過程中,五氧化二釩發生了以下中間反應:
![{\displaystyle \ V_{2}O_{5(s)}+SO_{2(g)}\rightarrow 2VO_{2(s)}+SO_{3(g)}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/30e434752edf44fe194e4a3470f0a4437456b975)
![{\displaystyle \ 4VO_{2(s)}+O_{2(g)}\rightarrow 2V_{2}O_{5(s)}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c84fcc11a92cdd9a814234cb26b564b6a232a773)
![{\displaystyle \ 2SO_{2(g)}+O_{2(g)}\rightleftharpoons 2SO_{3(g)}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0c4f358603cdca7370633bcd96aefe63ac0628d8)
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。
![{\displaystyle \ SO_{3(g)}+H_{2}SO_{4(l)}\rightarrow H_{2}S_{2}O_{7(l)}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d050b169b38ed10bc956c8f68ac54cf27229a0c5)
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。
![{\displaystyle \ H_{2}S_{2}O_{7(l)}+H_{2}O_{(l)}\rightarrow 2H_{2}SO_{4(l)}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/912b7d15eb49b63b692896e7048ba9710b5afb1e)
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。通常是用98.3%的硫酸吸收SO3,再用水稀釋。
; ![{\displaystyle \ \Delta H=-132\ kJ/mol}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9c55911b2dd0d2ef376453e1f48ef64698e1d833)
另見
註釋