Серная кислота
Перша стадія процесу — випалювання колчедану і добування діоксиду сульфуру:
4FeS2 + 1102 = 2Fe2O3 + 8SO2; = -13476 кДж.
Цей процес відбувається у колчеданних печах, з яких виходить випалювальний газ. Він містить, окрім діоксиду сульфуру SO2, ще кисень, азот, водяну пару та інші домішки. Його очищають, висушують і подають на другу стадію виробництва у контактний апарат.
Друга стадія — окиснення діоксиду сульфуру і добування триоксиду сульфуру: V2O5
O5 кДж.
Окиснення відбувається в контактному апараті за наявності каталізатора і високої температури.
Але ви можете запитати, навіщо тут висока температура, якщо реакція екзотермічна. Адже ми знаємо, що згідно з принципом Ле Шательє зміщенню рівноваги у бік утворення SO3 сприятимуть низька температура і високий тиск.
Це справедливо, але річ у тім, що високий тиск застосувати майже неможливо, бо SO2 одразу перейде у рідкий стан. І низькі температури використати не можна, бо швидкість реакції буде надто малою. Тому й застосовують каталізатор V2O5, щоб пришвидшити процес, а каталізатор сам стає активним лише при 450 °С. Ось чому, незважаючи на екзотермічність реакції, використовують ще додаткове нагрівання. Теплоту, яка виділяється під час реакції, відводять і використовують для нагрівання випалювального газу, який встигає охолонути, проходячи складну систему очисних споруд перед надходженням у контактний апарат (див
Отже, процес окиснення SO2 в SO3 здійснюється складно, бо ця реакція оборотна й екзотермічна. Умови її здійснення визначаються в основному згідно з принципом Ле Шательє^
• Сформулюйте принцип Ле Шательє так, як ви його розумієте. Яких умов окиснення SO2 в SO3 слід додержувати, щоб збільшити вихід триоксиду сульфуру? Об ' рунтуйте ці умови.
{Третя стадія виробництва—поглинання триоксиду сульфуру й утворення сульфатної кислоти H2SO4.
Добутий у контактному апараті триоксид сульфуру SO3 надходить у поглинальну башту — абсорбер1, де поглинається концентрованою сульфатною кислотою (масова частка H2SO4 96—98 %). В абсорбері SO3 взаємодіє з водою, що міститься у концентрованому розчині сульфатної кислоти, утворюючи безводну, 100%-ву сульфатну кислоту, яка називається моногідратом:
SO3 + Н2О = H2SO4; АН = -130,6
Чистою водою поглинати триоксид сульфуру SO3 не можна, оскільки утворюється дуже стійкий «туман» із дрібних крапель сульфатної кислоти, який погано конденсується.
Кінцевий продукт виробництва — олеум (розчин SO3 y моногідраті). Його розбавляють водою до сульфатної кислоти потрібної концентрації.
Охорона праці та навколишнього середовища у виробництві сульфатної кислоти. Захист біосфери від забруднення викидами хімічних виробництв —найважливіша проблема сучасності. У виробництві сульфатної кислоти можуть бути втрати якоїсь кількості діоксиду SO2 і триоксиду сульфуру SO3 та викидання їх в атмосферу, що спричинює кислотні дощі. Вони сприяють підвищенню кислотності ґрунтів і зниженню врожаїв, збільшенню кислотності водойм і загибелі його мешканців. Кислотні дощі спричинюють корозію металів, руйнують лакофарбові покриття. Під їх згубною дією руйнуються будівельні матеріали, пам'ятники архітектури тощо.