硫酸钾的制备

《黄帝九鼎神丹经诀》有制取硫酸钾的方法：用热水溶化芒硝和硝石，取澄清的混合溶液加热蒸发，使它浓缩，然后在小盆中用冷水从外部降温，经过一宿的时间，溶液中生成的硫酸钾就慢慢结晶出来，这是利用溶解度不同制取药物的方法。

2.将溶液放入器皿内，在酒精灯上蒸发；

3.蒸发过后，得到的晶体就是硫酸钾。

原理是：

第1步，生成氯离子、硫酸根离子、氢离子和钾离子的混合物；

第2、3部，氯离子和氢离子的产生的氯酸易挥发。

向饱和食盐水中加入足量的碳酸氢铵固体，会有溶解度较小的碳酸氢钠晶体析出，该反应的化学方程式是NaClNH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl，要以硫酸铵固体为原料制取较纯硫酸钾晶体，可以

向热的饱和硫酸铵溶液中加足量的氯化钾，有大量固体析出，趁热过滤，故填：

向热的饱和硫酸铵溶液中加足量的氯化钾，有大量固体析出，趁热过滤

．

（或向热的饱和氯化钾溶液中加足量硫酸铵，有固体析出，降温至20℃左右，过滤）

碳酸钾与硫酸反应生成硫酸钾、水和二氧化碳，反应的化学方程式为：K 2 CO 3 +H 2 SO 4 =K 2 SO 4 +H 2 O+CO 2 ↑．

铁和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，反应的化学方程式为：Fe+CuSO 4 ═FeSO 4 +Cu．

故答案为：K 2 CO 3 +H 2 SO 4 =K 2 SO 4 +H 2 O+CO 2 ↑；Fe+CuSO 4 ═FeSO 4 +Cu．

原料钾是在地壳中含量占第七位的元素。但是,它在矿石、土壤、海洋、湖泊和江河中的含量都很低。具有经济价值的钾盐矿,是内陆海在干燥条件下,蒸发水分后干涸的沉积矿床。最主要的沉积钾盐矿有钾石盐(KCl、NaCl混合物)、无水钾镁矾(K₂SO₄·2MgSO₄)、钾盐镁矾(K₂SO₄·MgSO₄·3H₂O)和光卤石(KCl·MgCl₂·6H₂O)等。一些含钾的井水、湖水和卤水，也是钾肥原料的来源。氯化钾　工业生产以钾石盐矿精制加工为主，在某些国家和地区采用光卤石为原料，少数国家从卤水提取。钾石盐矿富集和精制 　由钾石盐矿富集氯化钾有三种方法：①浮选法，是应用最广泛和最经济的方法。其过程（见图）

钾肥是以脂肪胺作为浮选剂，进行多次粗选，再进入精选系统进一步精制，底流返回粗选系统。②溶解结晶法，是利用氯化钠和氯化钾在热水和冷水中的溶解度不同，将氯化钾母液加热后与钾石盐混合。此时，氯化钾全部进入溶液，而氯化钠进入溶液较少,冷却后析出氯化钾结晶,经分离、洗涤和干燥即得产品。母液返回系统。如需制得工业用氯化钾精品，可用再结晶的方法精制，氯化钾纯度可达到99.9%。③重液分离法，是利用氯化钠和氯化钾的密度不同，选择密度介于两者之间的重介质，把磨细过的钾石盐矿置于其中，氯化钾上浮,氯化钠下沉,达到分离的目的。

光卤石富集和精制 　光卤石资源较丰富，但因它含钾量不高（纯光卤石仅含氧化钾17%），加工能耗较高，且大量副产氯化镁不易处理，故在氯化钾生产中所占比例不大,其富集主要有两种工艺：①冷溶法,含有氯化钠等杂质的光卤石矿在20～25℃下用水或淡盐水浸取，氯化镁首先溶出，当溶液中氯化镁含量增加时，溶入的一部分氯化钾会再结晶出来。所得氯化钾是含有氯化钠的混合物，用富集钾石盐的方法进一步加工制氯化钾。②热溶法，在约100℃水中溶解光卤石,在分离不溶物之后进行冷却结晶得氯化钾。

含钾卤水加工 　含钾卤水包括含钾湖水、含钾井水和盐田卤水等。以色列和约旦利用死海卤水,中国利用青海省察尔汗盐湖的卤水生产氯化钾。工艺是卤水在盐田里自然蒸发，直至约90%的氯化钠结晶出来；再将卤液移入另一组盐田，经蒸发、结晶得光卤石，再以富集光卤石的方法制取氯化钾。

硫酸钾　主要用可溶性硫酸盐钾矿为原料，少数国家和地区用氯化钾为原料制取。硫酸盐钾矿加工　无水钾镁矾和软钾镁矾等是可溶性硫酸盐钾矿，采用与钾石盐矿富集相类似的方法进行处理即可用作肥料。制纯硫酸钾时，可以用氯化钾与可溶性硫酸盐钾矿进行复分解反应：

K₂SO₄·2MgSO₄+4KCl==3K₂SO₄+2MgCl₂

然后将溶液蒸发即可结晶出硫酸钾。

明矾石综合利用制硫酸钾、氧化铝和硫酸，在苏联已有工业生产，在中国也有小规模生产。明矾石矿经磨细后，进行煅烧还原，分解出二氧化硫，用以生产硫酸。还原物料用碱液浸取，溶出硫酸钾和氧化铝，按铝矾土加工的拜耳法制氧化铝。溶液进一步蒸发、结晶和干燥，得到硫酸钾产品。此法在有明矾石资源而缺少铝矾土资源的地方有经济价值。

由氯化钾制备 　用硫酸分解氯化钾制取硫酸钾并副产盐酸，反应分两步进行，其反应式为：

KCl+H₂SO₄→KHSO₄+HCl　 (1)

KHSO₄+KCl→K₂SO₄+HCl　 (2)

第一步反应是放热反应，在约200℃下进行第二步反应是吸热反应，需要在600～700℃下进行。此法能耗较高，材料腐蚀问题比较严重，只有在需要盐酸的地区或国家用此法进行生产，如美国和比利时。

综合利用　富集精制钾石盐矿时，大量副产主要含有氯化钠和少量氯化钾的废卤液，将其泵送至人工筑堤的围场内，靠自然蒸发，以结晶固化。

光卤石加工过程中还大量副产含氯化镁的废液，其处理更加困难，因为依靠自然蒸发、结晶、固化需要很长时间。在以色列用水解和煅烧的方法处理含氯化镁的废液，生产氧化镁和盐酸实现了工业化。氧化镁用于生产耐火材料，盐酸用于生产磷酸。

将二氧化硫氧化为三氧化硫是生产硫酸的关键，其反应为：2SO2+O2→2SO3

这个反应在室温和没有催化剂存在时，实际上不能进行。

根据二氧化硫转化成三氧化硫途径的不同，制造硫酸的方法可分为接触法和硝化法。

接触法是用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾（助催剂）的五氧化二钒V2O5作催化剂，将二氧化硫转化成三氧化硫。

硝化法是用氮的氧化物作递氧剂，把二氧化硫氧化成三氧化硫：SO2+N2O3+H2O→H2SO4+2NO

根据所采用设备的不同，硝化法又分为铅室法和塔式法，现在铅室法已被淘汰；塔式法生产的硫酸浓度只有76％；而接触法可以生产浓度98％以上的硫酸；采用最多。

主要方程式:

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2

2SO2+O2=2SO3

SO3+H2O=H2SO4

将二氧化硫氧化为三氧化硫是生产硫酸的关键，其反应为：2SO2+O2→2SO3

这个反应在室温和没有催化剂存在时，实际上不能进行。

根据二氧化硫转化成三氧化硫途径的不同，制造硫酸的方法可分为接触法和硝化法。

（1）接触法是用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾（助催剂）的五氧化二钒V2O5作催化剂，将二氧化硫转化成三氧化硫。

（2）硝化法是用氮的氧化物作递氧剂，把二氧化硫氧化成三氧化硫：SO2+N2O3+H2O→H2SO4+2NO

根据所采用设备的不同，硝化法又分为铅室法和塔式法，现在铅室法已被淘汰；塔式法生产的硫酸浓度只有76％；而接触法可以生产浓度98％以上的硫酸；采用最多。

主要方程式:

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2

2SO2+O2=2SO3

SO3+H2O=H2SO4

2.硫化铁经粉碎后，进入沸腾炉焙烧，产生的二氧化硫气体，经过降温，除尘，干燥（净化），进入转化器，经催化剂作用生成三氧化硫（转化），再经浓硫酸吸收后加水。

3.将硫先转化为SO2,然后采用活性较高的催化剂再与O2反应转化成SO3。转化反应后气体换热至一定温度进入硫酸冷凝器,反应后气体中SO3与H2O在此冷却直接生成硫酸。因此,冷凝器是该工艺的关键设备,也是其关键技术所在。该设备采用了合理的换热方法和先进的酸雾控制方法,可保证气体中多余的水可以随尾气排出,且其中的酸雾达到环保标准,冷凝液为工业98%硫酸。工业硫酸中硫酸的含量测定

以甲基红一次甲基蓝为指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液中和滴定以测得硫酸含量.

试剂和材料：

氢氧化钠标准滴定溶液:c(NaOH)=0.5mol/L, 甲基红一次甲基蓝混合指示剂。

试料溶液的制备 ：

浓硫酸：

用已称量的带磨口盖的小称量瓶，称取约0.7g试样(精确至0.0001g)，小心移入盛有50ml水的250 ml锥形瓶中，冷却至室温，备用。

滴定

于试液中，加2-3滴混合指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至溶液呈灰绿色为终点。

分析结果的表述

浓硫酸

工业硫酸中硫酸的质量分数*(%)按式(1)计算:

w1=100*[(v/1000)cM]/m (1) 式中:

v一滴定耗用的氢氧化钠标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升

c一氢氧化钠标准滴定溶液的实际浓度的数值，单位为摩尔每升

m一试料的质量的数值，单位为克(9)

M一硫酸的摩尔质量的数值，单位为克每摩尔(g/mol( M=49.04)

取平行测定结果的算术平均值为测定结果.

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。

（4）接触法制硫酸的反应原理：燃烧硫或金属硫化物等原料来制取二氧化硫。使二氧化硫在适当的温度后催化剂的作用下氧化成三氧化硫，在使三氧化硫跟水化合生成硫酸。二氧化硫跟氧气在催化剂的表面上接生产过程：以硫铁矿为原料时步骤如下

（a）二氧化硫的制取和净化：硫铁 矿粉碎成细小矿粒在沸腾炉充分燃烧4FeS2+11O2 ===== 2Fe2O3+8SO2 从沸腾炉里出来的气体叫炉气，其中含二氧化硫、氧气、氮气、水以及一些杂质，如砷、硒等化合物矿尘等，杂质和矿尘都会使催化剂作用减弱或失去作用。这种现象叫催化剂幅。水蒸气对设备和生产也有不良影响。为此在进行氧化反应前，炉气必须通过除尘洗涤（除去硒、砷等化合物）干燥等净化设备应除去有害杂质，净化后的混合气体主要含二氧化硫，氧气和氮气。

（b）二氧化硫氧化成三氧化硫，二层催化剂中装有一个热交换器，用来把硫酸的工业制法

（c）三氧化硫的吸收和硫酸的生成：为了更可能把三氧化硫吸收干净并在吸收过程中不形成酸雾，工业上是用98.3%的硫酸来吸收三氧化硫，在吸收塔里一氧化硫从塔下部通入98.3%的硫酸从塔顶喷下，成品硫酸从塔底放出98.3%的硫酸。吸收三氧化硫后浓度增大，然后把它用水稀释成稀硫酸，配制成各浓度的硫酸。

（d）尾气中的二氧化硫回收：从吸收塔上部导出的没有起反应的氧气和少量二氧化硫以及不起反应的氮气等气体工业上称尾气，用尾气中含少量二氧化硫放空气中会造成大气污染，尾气中二氧化硫回收常采用氨吸收法

SO2+2NH3+H2O =====（NH4）2SO3

（NH4）2SO3+SO2+H2O ===== 2NH4HSO3 当吸收液中亚硫酸氢铵达一定浓度后再跟93%的硫酸反应放出二氧化硫气体。放出的二氧化硫可用于制液体二氧化硫，硫酸铵可制成肥料。

盐酸的工业制法之一

工业上制取盐酸时，首先在反应器中将氢气点燃，然后通入氯气进行反应，制得氯化氢气体。氯化氢气体冷却后被水吸收成为盐酸。在氯气和氢气的反应过程中，有毒的氯气被过量的氢气所包围，使氯气得到充分反应，防止了对空气的污染。在生产上，往往采取使另一种原料过量的方法使有害的、价格较昂贵的原料充分反应。

盐酸的工业制法之二

盐酸是氯比氢的水溶液。在制革、印染、食品、医药、化工、冶金等工业部门大量使用盐酸。工业上生产盐酸的主要方法是使氯气跟氢气直接化合，然后用水吸收生成的氯化氢气体。氯化氢是在合成塔里合成的。

近年来，工业上还发展了由生产含氯有机物的副产品氯化氢制盐酸。例如，氯气跟乙烯反应，生成二氯乙烷(C2H4Cl2)。它再经过反应生成氯乙烯，后者是制聚氯乙烯的原料。

C2H4Cl2=C2H3Cl（氯乙烯）+HCl

氯化氢是制氯乙烯的副产品。参考资料： http://www.jshlzx.net/klh/2/2008/text/zk08_157.htm

2. 生产腐蚀性化学品时，设备是如何防止被腐蚀的？

1. 硫酸的生产

首先说明，化学品的生产和其他工业品的生产有很大不同。化学品并不是使用机床和精密设备生产出来的，而是使用各种管路和反应器生产出来的。其过程有点类似全自动的炒菜熬粥。

硫酸是一个典型的无机大宗化学品。其生产以包含特定元素的廉价物质为原料，经过简单的化学反应得到产品。由于生产规模很大，在工程上有很高的要求。

反应式如下

[公式]

[公式]

[公式]

对于硫酸的生产，原料为含硫物质，包括硫单质、硫化氢、含硫的金属矿物等。这些物质经过氧化得到二氧化硫，与空气混合后在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫。三氧化硫经过浓硫酸吸收得到产品。这里最后一步吸收非常有意思，本来按照反应式（水和三氧化硫生成硫酸）可以使用水来吸收，但是由于水的蒸汽压太高，用水吸收会产生大量气相物质使吸收效率下降，因此用稀释过的浓硫酸来吸收。浓硫酸中的少量水与三氧化硫反应将其吸收，吸收后液体中的水含量降低，得到更高浓度的硫酸。产生的硫酸分成两部分，一部分直接作为原料输出，另一部分再经过稀释，浓度降低后重新开始下一轮吸收。由此实现了高效、连续的生产。

这个生产过程中重要的反应设备包括：反应器（氧化反应器、催化氧化反应器、吸收塔）和许多管路、换热器、水泵、储罐、阀门等。管路、储罐等设备从名字上就可以想象。换热器通常是经过特殊设计的管路系统。氧化反应器是将硫单质氧化的炉子，作为一个例子，可以参考沸腾焙烧炉_互动百科。催化氧化反应器通常为固定床反应器，在筛板上装有固体催化剂物质，上一步得到的气体从上方流经催化剂并发生反应，从下方排出，可以参考固定床反应器_百度百科。吸收塔是一个中空的装置，让气体和液体从两个方向进入并接触，有多种不同的设计，可以参考吸收塔_百度百科。由于生产规模很大，这些设备的尺寸有些能达到数米。

2. 设备的防腐

应该说，任何化工生产所用的设备都存在防腐的问题。一般不会完全防止设备的腐蚀，但是会估计腐蚀的影响，在不影响生产和安全的前提下允许腐蚀的发生。要降低腐蚀的速度，可以选择以下方法：改变操作条件减小腐蚀的反应速率；增加材料的厚度，让表面腐蚀不影响其功能；选择对腐蚀有更强耐受力的材料。由于这些方法各有优缺点，所以通常综合使用。对硫酸而言，一般认为铁对浓硫酸由于钝化作用，会有一定的耐受力，但对发烟硫酸耐受力较弱。在可能的情况下降低温度可以减小腐蚀的程度。在不同的位置使用不同的材料，如运送硫酸的管道可以选择廉价易得的灰口铸铁，抗腐蚀性能一般，通常可以使用7~15年；冷却装置由于温度较高，需要更多的措施来防止腐蚀，比如采用保护阳极。此外还有许多其他的合金材料和非金属材料拥有更高的防腐蚀性能，但通常会增加成本。工厂在设计时需要综合考虑产量、成本等因素，决定设备所用的材料及型号。