Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 9. ПОДГРУППА КИСЛОРОДА

§ 9.6. Оксид серы(VИ). Сульфатная кислота

Оксид серы(VИ). Оксид серы (VI), или триоксид серы, - это бесцветная жидкость, которая превращается при температуре ниже 17 °С на твердую кристаллическую массу. Он очень сильно поглощает влагу, образуя сульфатную кислоту:

SO₃ + Н₂О = H₂SO₄,

поэтому его хранят в запаянных колбах.

Оксид серы(VИ) проявляет все свойства кислотных оксидов. Добывают его окисненням SO₂. Он является промежуточным продуктом в производстве серной кислоты.

Молекула SO₃ имеет форму треугольника, в центре которого размещен атом серы:

Такое строение обусловлено взаимным отталкиванием связывающих электронных пар. Для ее образования атом серы предоставил все шесть внешних электронов.

Сульфатная кислота. Больше всего значение имеет контактный способ добывания сульфатной (серной) кислоты. Этим способом можно добыть H₂SO₄ любой концентрации, а также олеум, то есть раствор SO₃ в H₂SO₄. Процесс состоит из трех стадий: 1) добывания SO₂; 2) окисления SO₂ в SO₃; 3) добыча H₂SO₄.

Оксид серы(ИV) SO₂ добывают обжигом пирита FeS₂ в специальных печах:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe2O₃ + 8SO₂.

Для ускорения обжига пирит предварительно измельчают, а для более полного выгорания серы вводят значительно больше воздуха (кислорода), чем нужно для реакции. Газ, выходящий из печи обжига, состоит из оксида серы(ИV), кислорода, азота, соединений мышьяка (из примесей в колчедані) и водяного пара. Он называется выжигательным газом.

Обжигательный газ подвергают тщательному очищению; поскольку даже мизерные количества соединений мышьяка, что содержащихся в нем, а также пыль и влага отравляют катализатор. От соединений мышьяка и от пыли газ очищают, пропуская его через специальные электрофильтры и промывную башню; влага поглощается концентрированной серной кислотой в сушильной башне. Очищенный газ, содержащий кислород, нагревается в теплообменнике до 450°С и поступает в контактный аппарат. Внутри контактного аппарата является решетчатые полочки, заполненные катализатором.

Раньше как катализатор использовали тонко измельченную металлическую платину. Позже она была заменена соединениями ванадия - оксидом ванадия(V) V₂O₅ или сульфатом ванадилу VOSO₄, которые дешевле, чем платина, и медленнее отравляются.

Реакция окисления SO₂ в SO₃ оборотная:

2SO₂ + O₂ ⇆2SO₃.

Увеличение количества кислорода в випалювальному газе повышает выход оксида серы(VИ): при температуре 450°С он обычно достигает 95% и более. Оксид серы(VИ) SO₃ поглощается концентрированной серной кислотой - образуется олеум. Разводя олеум водой, можно достать раствор кислоты необходимой концентрации. Следует отметить, что поглощать оксид серы(VИ) концентрированной H₂SO₄, а не водой целесообразнее, потому что он выходит из контактного аппарата мелко распыленным и с водя ным паром образует туман, состоящий из мелких капелек серной кислоты, который не поглощается водой. При поглощении SO₃ концентрированной сульфатной кислотой туман не образуется. Концентрированную сульфатную кислоту перевозят по железной дороге в стальных цистернах.