硫酸是一种重要的化工原料,在工业生产中有着广泛的应用。工业上制备硫酸的主要方法是接触法,其核心反应过程涉及三个主要步骤,每个步骤都有相应的化学方程式来描述。
第一步:硫铁矿(FeS₂)的焙烧反应
在这一阶段,硫铁矿与氧气在高温条件下发生氧化反应,生成二氧化硫和氧化铁。这个反应可以用以下化学方程式表示:
4 FeS₂ + 11 O₂ → 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂
第二步:二氧化硫的催化氧化反应
生成的二氧化硫气体被送入接触室,在催化剂(如五氧化二钒V₂O₅)的作用下与氧气进行氧化反应,生成三氧化硫。此反应为可逆反应,化学方程式如下:
2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃
第三步:三氧化硫的吸收反应
最后一步是在吸收塔内,利用浓硫酸吸收三氧化硫生成发烟硫酸或硫酸。如果需要制备纯度较高的硫酸,则需进一步用水稀释发烟硫酸。这一过程可以用以下化学方程式表示:
SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇(发烟硫酸)
H₂S₂O₇ + H₂O → 2 H₂SO₄(硫酸)
以上三个步骤构成了工业制硫酸的基本流程。通过这些化学反应,可以高效地大规模生产硫酸,满足现代社会对这一重要化工产品的需求。