Получение серной кислоты контактным способом

Контактный способ получения серной кислоты состоит из 4 стадий:

1) получение оксида серы (IV);

2) очистка оксида серы (IV);

3) окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI);

4) адсорбция оксида серы (VI).

В лабораторной работе оксид серы (IV) получают действием на суль­фит натрия серной кислотой. Очистка оксида серы (IV) в лабораторных усло­виях ограничивается его осушкой концентрированной серной кислотой. Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) протекает обратимо с умень­шением объема и выделением тепла. Для повышения скорости окисления применяют катализатор V₂O₅. Чтобы не было перегрева и смещения равнове­сия в сторону распада оксида серы (VI), в лаборатории можно применять большие количества катализатора, заполнив им трубку и пропускать газ с не­большой скоростью. Для адсорбции оксида серы (VI) в лаборатории исполь­зуют воду, в которой он растворяется частично, образуя серную кислоту, до­казательством этому служит качественная реакция на сульфат-ион.

Цель работы: получить серную кислоту каталитическим окислением оксида серы (IV) в оксид серы (VI) с последующим его поглощением водой.

Реактивы: концентрированная и разбавленная (1:3) серная кислота, сульфит натрия (сухой), смесь 10% раствора ВаСl₂ с HNO₃, пероксид водорода или перманганат калия, V₂O₅, асбест.

Оборудование: прибор для получения оксида серы (IV) и кислорода (2 шт.), катализаторная трубка, стакан 250 мл (2 шт.), пробирки (4 шт.), резиновые трубки.

Порядок выполнения работы: собирают установку по схеме, представленной на рисунке 5.

В прибор для получения оксида серы (IV) насыпают 2-3 г сульфита на­трия и рядом с прибором размещают склянку с серной кислотой. В прибор для получения кислорода наливают 5-7 мл пероксида водорода и рядом ста­вят баночку с катализатором его разложения. В среднюю часть катализаторной трубки помещают смесь из 1/3 объема асбеста и 2/3 объема оксида вана­дия (V). Катализатор должен располагаться сплошным рыхлым слоем без пустот, ограниченным с двух сторон кусочками стекловаты.

Рис. 5. Установка для получения серной кислоты контактным способом

1 – пробирки с осушителями; 2 – катализаторная трубка; 3 – приемник для серного ангидрида; 4 – пробирка со смесью хлорида бария и азотной кислоты; 5 – стакан со щелочью.

Лабораторную работу начинают с прогрева на спиртовке катализатора в течение 5-7 минут. Затем в прибор для получения кислорода добавляют на кончике шпателя катализатор разложения пероксида водорода. Как только начнется выделение кислорода, в прибор для получения оксида серы (IV) приливают ≈5 мл серной кислоты. Работу проводят таким образом, чтобы в катализаторную трубку одновременно поступала смесь газов оксида серы (IV) и кислорода. Полученный оксид серы (VI) собирается в приемнике, опущенном в стакан с холодной водой, и конденсируется на стекле в виде игольчатых кристаллов, часть его паров проходит в пробирку, до половину заполненную смесью растворов хлорида бария и азотной кислоты (качественная реакция на сульфат-ион). Неокисленный оксид серы (IV) и другие продукты нейтрализуются раствором щелочи в стакане.

О получении серной кислоты судят по качественной реакции на суль­фат-ион. При завершении лабораторной работы вначале отсоединяют катализаторную трубку от пробирки с водным раствором реагентов, после чего га­сят спиртовку, иначе произойдет всасывание воды в катализаторную трубку, и она лопнет.

Оформление результатов работы.

1. Напишите уравнения реакций получения исходных веществ, основных и побочных продуктов.

2. Опишите наблюдаемые явления.

Вопросы семинара по теме: "Серная кислота"

1. Сырье сернокислотной промышленности. Пути использования отходов различных производств для получения серной кислоты.

2. Обжиг серного колчедана, оптимальные условия проведения процесса, сравнение различных методов обжига.

3. Промышленные способы получения серной кислоты. Принципиальные различия нитрозного и контактного методов получения серной кисло­ты.

4. Физико-химические основы процесса окисления оксида серы (IV) в ок­сид серы (VI) и оптимальные условия его проведения в промышленно­сти.

5. Адсорбция оксида серы (VI) и получение концентрированной серной кислоты.

Лабораторная работа № 9