接触法制备硫酸
制备硫酸
采用接触法可大量制造廉价的硫酸。
制备二氧化硫的原料包括:硫和硫矿石,例如硫磺。在空气中燃烧硫磺可以产生二氧化硫气体。
S (s) + O 2 (g) → SO 2 (g) ( Δ H = -298~kJ/mol)
二氧化硫和空气会先经过净化,除去杂质,以免对下一过程采用的催化剂造成影响。
在常压和摄氏450度下,把二氧化硫和空气通过催化剂,制得三氧化硫。加上五氧化二钒(V2O5)或铂(Pt)作催化剂,就可产生三氧化硫。
2 SO 2 (g) + O 2 (g) /leftarrow ( → 2 SO 3 (g) ) ( Δ H = -196~kJ/mol)
二氧化硫和氧的反应是一个可逆反应。三氧化硫的产量百分比为98%。
在吸收塔内,三氧化硫会溶於98%的硫酸中,形成发烟硫酸。
SO 3 (g) + H 2 SO 4 (l) → H 2 S 2 O 7 (l))
发烟硫酸经适量的水稀释后,便形成98%的硫酸,所制得的硫酸会被冷却及储存。
H 2 S 2 O 7 (l) + H 2 O (l) → 2 H 2 SO 4 (l) )
三氧化硫与水的反应非常剧烈,如果直接溶於水中,就会释出大量热能,并形成硫酸雾,阻碍溶解过程。此外,三氧化硫在硫酸中的溶解度比水高,因此硫酸制造厂不会把三氧化硫直接溶於水。
SO 3 (g) + H 2 O (l) → H 2 SO 4 (l) ) ( Δ H = -132~kJ/mol)
硫酸铂不溶于乙醇、丙酮。硫酸铂,别名硫酸四氨铂,四氨合硫酸铂,化学式是Pt(NH3)4SO4,是白色晶体,是铂的四氨类化合物家族中的一员,极易溶于水,不溶于乙醇、丙酮。在水溶液中稳定,工业上会用作镀铂主盐。
platinum的意思是铂,俗称白金。
铂是一种化学元素,其单质俗称白金,属于铂系元素,它的化学符号Pt,是贵金属之一。原子量196,略小于金的原子量,原子序数78,属于过渡金属。熔点1772℃,沸点 3827 ±100℃,密度21.45克/厘米3( 20℃),较软,有良好的延展性、导热性和导电性。海绵铂为灰色海绵状物质,有很大的比表面积,对气体(特别是氢气、氧气和一氧化碳)有较强的吸收能力。粉末状的铂黑能吸收大量氢气。铂的化学性质不活泼,在空气和潮湿环境中稳定,低于 450℃加热时,表面形成二氧化铂薄膜,高温下能与硫、磷、卤素发生反应。铂不溶于盐酸、硫酸、硝酸和碱溶液,但可溶于王水和熔融的碱。铂的化合价为0、+2、+4、+6。容易形成配位化合物,如〔Pt(NH3)2〕Cl2、K〔Pt(NH3)Cl5〕。
铂是一种过渡金属,密度大,可延展,色泽银白,金属光泽,硬度4-4.5,密度为2145千克/立方米。熔点高为1773℃。富延展性,可拉成很细的铂丝,轧成极薄的铂箔。
化学性质极稳定,不溶于强酸强碱溶液,在空气中不氧化。第一电离能9.0电子伏特。化合价为+2、+4和+6。熔点1772℃,沸点3827℃。密度21.46克/立方厘米。银白色金属,质柔软,有延展性。晶体结构为面心立方体。铂有很高的化学稳定性,除溶于王水和熔融的碱外,还溶于盐酸和过氧化氢、盐酸和高氯酸的混合物中,除此之外,铂常温下不与一般强酸、碱和其他试剂作用。但是铂在高温下容易遭受腐蚀,例如:对于多种氧化剂,强碱、容易还原的重金属,以及硫、磷、砷等,铂或则被其破坏,或则与其成合金,正因为如此,所以不得在铂器皿中加热或熔融碱金属的氧化物,硫代硫酸钠,含磷和大量硫的物质以及含重金属的样品(如铅、锡、锑、砷、汞、铜等)。高温下不许使用大量过氧化剂、氢氧化钠(钾)作熔剂。铂器皿中不允许处理卤素或分解出卤素的物质。但以下物质能溶解铂:
虽然王水能溶解铂,但这与铂的状态有关,致密的铂在常温下的王水溶解速度非常慢,直径1 mm的铂丝要4-5个小时才能完全溶解。铂黑(铂粉)在加热时能与浓硫酸反应,生成二硫酸铂和亚硫酸,亚硫酸不稳定,随即分解为二氧化硫和水。氯铂酸的制法是把铂金属溶解在王水中。这个反应的产物是铂氯酸,而非以前认为的含氮铂化合物。氯铂酸是一红棕色固体,可从蒸发其溶液取得。
碱金属氰化物也能溶解铂,高温下铂能与卤素反应,但硒,碲和磷更容易和铂反应。致密的金属铂在任何温度下的空气中都不被氧化。
盐酸和过氧化氢的混合物
熔融的碱
盐酸和高氯酸的混合物
与王水的反应:3Pt+4HNO3+18HCl=3H2[PtCl6]+4NO↑+8H2O
用王水溶解经过处理的铂精矿或电解铜、镍产生的阳极泥,经一系列化学处理后,可得氯铂酸铵,将它在1000℃缓慢灼烧,便分解制得海绵铂。铂在氢化、脱氢、异构化、环化、脱水、脱卤、氧化、裂解等化学反应以及接触法生产硫酸、氨氧化法制取硝酸、氨和甲烷制取氢氰酸、制备环己烷、生产维生素时都用作催化剂。用铂催化剂重整石脑油,可提高汽油产品的辛烷值。铂及其合金在高温下耐氧化和腐蚀,用于制作坩埚、蒸发皿、电极、喷嘴、反应器等。铂和铂铑合金在冶金、玻璃、陶瓷工业中用作高温炉的炉丝和热电偶。铂还用于制作首饰。
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高氯酸和氯酸的酸性都比盐酸强,所以理论上是不能由盐酸制它们的。
制高氯酸的方法:
1、实验室中,用浓硫酸与KClO4作用的方法:KClO4
+H2SO4
=KHSO4
+
HClO4.
2、工业上,用电解氧化盐酸的方法制取HClO4,电解时用铂作阳极,银或铜作阴极。
铂催化剂(英文名称platinum catalyst)是一种以金属铂为主要活性组分制成的催化剂的总称。采用铂金属网、铂黑、或把铂载于氧化铝等载体上,也可含有金属铼等助催化剂组分。主要用于氨氧化、石油烃重整、不饱和化合物氧化及加氢、气体中一氧化碳、氮氧化物的脱除等过程。是化学、石油和化工反应过程经常采用的一种催化剂。具有催化活性高,选择性强,催化剂制作方便,使用量少,可以通过制造方法的变化和改进,与其他金属或助催化剂活性组分复配等,优化催化性能。应用领域广,能够反复再生和活化使用,寿命长,废催化剂的金属钯可以回收再利用等优越性。许多铂催化剂品种都已成为专利产品,应用于各行各业,具有新的结构及催化功能的铂催化剂仍在不断研发,不但使许多难以实现的反应过程经铂催化剂催化而成为可能,而且使许多石油和化工等工业生产过程,因采用新开发的铂催化剂得到改善和提高,使工艺过程简化、经济效益提高,因此铂催化剂仍具有远大的发展前景。
接触法主要的原料为燃硫或硫化铁尔来的二氧化硫,及空气中的氧,使二氧化硫氧化而为三氧化硫,吸收于水中,即可得任何浓度的硫酸。惟此氧化,须有某种接触剂存在时始有作用;最常用者为铂及钒之氧化物。
二氧化硫自燃硫而得者可直接使其氧化,若自燃硫化铁的燃烧,而得者须先降冷,洗之以酸或由滤过法或由沉淀法使之清洁;灰尘,硫蒸汽,砷,磷及其它物质存于气流中者,必须除去免其害及接触剂,为不纯物质对于氧化矾危害较铂轻。