Herstellung von SchwefelsäureEin Referat von:Sebastian ArndtNiko GrebeNiko GrebeNils Wallmeyer

InhaltsverzeichnisInhaltsverzeichnis Allgemeines Allgemeines Geschichte Herstellungsverfahren Herstellungsverfahren Wirtschaftliche Bedeutung Quellenverzeichnis Quellenverzeichnis

All i S h f lAllgemeines zu Schwefel

Schwefel (lat. Sulfur)

Chemisches Element mit der Ordnungszahl 16 6. Hauptgruppe Chalkogenep g pp g Die Silbe „-thio-“ stammt aus dem griechischen Schwefel steht an der 16. Stelle in der Häufigkeit

der in der Lithosphäre vorkommenden Elementeder in der Lithosphäre vorkommenden Elemente Gelber, nichtmetallischer Feststoff

All i S h f lAllgemeines zu SchwefelVorkommen:Vorkommen: elementarer Schwefel in großen Mengen in

Vulkanschloten (z.B. Java, Indonesien)

Schwefelblüte

in anorganischen Verbindungen als Sulfat oder Sulfid

Gips (Ca[SO4] • 2H2O) Kupfersulfat (CuSO4)

All i H SOAllgemeines zu H2SO4 Strukturformel:

farb- und geruchlose, viskose Flüssigkeit Schmelzpunkt: 10,38 °C Siedepunkt: 279,6 °C Hohe elektrische Leitfähigkeit aufgrund

der Autoprotolyse: der Autoprotolyse: 2 H2SO4(l) H3SO4

+(aq) + HSO4

-(aq)

All i H SOAllgemeines zu H2SO4 Handelsüblich konz Säure Massenanteil Handelsüblich konz. Säure Massenanteil

98% = 18 mol/L Wasserrest erhöht Siedetemperatur auf Wasserrest erhöht Siedetemperatur auf

339°C Zweiprotonige Säurep g

H2SO4(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HSO4

-(aq) pKs: -3

HSO4-(aq) + H2O(l) H3O+

(aq) + SO 42-

(aq) pKs: 1,9

All i H SOAllgemeines zu H2SO4 Schwefelsäure als Dehydratisierungsmittel: Schwefelsäure als Dehydratisierungsmittel:

konz. H2SO4: stark wasseranziehend (hygroskopisch)

C12H22O11(s) 12C(s) + 11H2O(l)

Schwefelsäure als Sulfonierungsreagenz:

H2SO4

Schwefelsäure als Sulfonierungsreagenz: konz. H2SO4 zur Ersetzung eines Wasserstoff-Atom durch SO3H3H2SO4(l) + CH3C6H6(l) CH3C6H4SO3H(s) + H2O(l)

G hi htGeschichte Erste Erwähnung 8 Jhd Alchemist Dschabir Erste Erwähnung 8. Jhd. Alchemist Dschabir

ibn Hayyan Mögliche Verfahren beschrieben von:g

- Alchemist Albertus Magnus (1200-1280) - Alchemist Basilius Valentinus (~1600)Ab 16 Jhd H t ll i Böh S h Ab 16. Jhd. Herstellung in Böhmen, Sachsen, Harz

18 Jhd Entwicklung Bleikammerverfahrens 18. Jhd. Entwicklung Bleikammerverfahrens durch John Roebuck

Vit i l f hVitriolverfahren Älteste Verfahren Älteste Verfahren Zersetzung von Sulfaten (hohe

Temperatur Sauerstoffatmosphäre) Temperatur, Sauerstoffatmosphäre) 6 FeSO4·7 H2O (s) + O2 (g )→ 2 Fe2(SO4)3 (s) + 2 FeO (s) + 42 H2O (l)

Reaktion von Eisen(II)sulfatFe2(SO4)3 (s) → Fe2O3 (s)+ 3 SO3 (g)

Umsetzung zu Schwefelsäure Umsetzung zu Schwefelsäure SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4 (l)

Bl ik f hBleikammerverfahren Ab 1746 (Industr Rev in England) weit Ab 1746 (Industr. Rev. in England) weit

eingesetzt zunächst Glaskammern, dann Blei → billig, stabil, bildet Bleisulfatschicht

Konzentration ~ 65% (,,Kammersäure´´) Optimierung durch Glover- und Gay-Lussac-

Turm; Konzentration (80%)(,,Gloversäure``) Konzentrierte Schwefelsäure durch Konzentrierte Schwefelsäure durch

Eindampfen der Kammersäure

Schwefel oder sulfidische Erze werden verbrannt ⅛ S8 (s) + O2 (s) → SO2 (g)

Schwefelsäure aus Schwefeldioxid, Wasser und Stickstoffdioxid (Katalysator) SO + NO SO + NO SO2 (g) + NO2 (g) → SO3 (g) + NO (g) NO (g) + ½ O2 (g) → NO2 (g)SO3 (g) + H2O (g) → H2SO4 (l)SO3 (g) H2O (g) → H2SO4 (l)SO2 (g) + ½ O2 (g) + H2O (g) → H2SO4 (l)

D lk t kt f hDoppelkontaktverfahren

D lk t kt f hDoppelkontaktverfahren Kontaktverfahren entwickelt von Clemens Kontaktverfahren entwickelt von Clemens

Winkler (1838-1904) und Rudolf Knietsch (1854-1906), bereits veraltet( )

Entwicklung zum Doppelkontaktverfahren(umweltverträglicher, effizienter)( g , )

Heutzutage wird fast nur ausschließlich das Doppelkontaktverfahren zur Herstellung verwendet

Herstellung(D lk t kt f h )(Doppelkontaktverfahren)

Herstellung(D lk t kt f h )(Doppelkontaktverfahren)

VOV2O5

Herstellung(D lk t kt f h )(Doppelkontaktverfahren)

V2O5

Herstellung(D lk t kt f h )(Doppelkontaktverfahren) Kinetische Hemmung selbst bei 400 – 600 °C Kinetische Hemmung selbst bei 400 600 C

aufgrund hoher Aktivierungsenergie Einsatz von festen Katalysatoren („Kontakte“)

Wie z.B. Platin (bei 400 °C), Eisenoxid (bei 600 °C), Vanadiumpentoxid

Im Kontaktverfahren wird V2O5 verwendet

Doppelkontaktverfahren(K t l t )(Katalysator)Vanadiumpentoxid V O mit Vanadiumpentoxid V2O5 mit Kaliumpyrosulfat K2S2O7 als Aktivatorauf porösem SiO als Trägerauf porösem SiO2 als Träger

Wirkungsbereich von 420 °C bis 620 °CWirkungsbereich von 420 °C bis 620 °C

Im Wirkungsbereich Vanadium sulfat haltige Im Wirkungsbereich Vanadium-sulfat-haltige Schmelze

Herstellung(K t l t Wi k i )(Katalysator Wirkungsweise)

K t kt f h A b tKontaktverfahren Ausbeute

Wi t h ftli hk itWirtschaftlichkeit Schwefelsäure am meisten produzierte Schwefelsäure am meisten produzierte

Chemikalie der Welt Weltjahresproduktion rund 140 Mio Weltjahresproduktion rund 140 Mio.

Tonnen

Wirtschaftlichkeit (V d )(Verwendung) Größtenteils für Düngemittelproduktion Größtenteils für Düngemittelproduktion Chemiefaserproduktion Metallindustrie Metallindustrie Chemische Industrie Energiewirtschaft Energiewirtschaft

Wirtschaftlichkeit(D lk t kt f h )(Doppelkontaktverfahren)

Wi t h ftli hk itWirtschaftlichkeit Wiederaufbereitung grundsätzlich möglich Wiederaufbereitung grundsätzlich möglich Kosten übersteigen Produktionskosten

Mö li h A fb it th dMögliche Aufbereitungsmethoden:

Stark verdünnte Säure mit Oleum aufkonzentrieren

Stark verunreinigte Säure stark erhitzen> entstehenden SO in -> entstehenden SO2 in

Doppelkontaktverfahren einbinden

Q llQuellenLiteratur: „Allgemeine und Anorganische Chemie“, Michael

Binnewies/Manfred Jäckel/Helge Willner/Geoff Rayner-Canham, SpektrumL h b h d A i h Ch i “ „Lehrbuch der Anorganischen Chemie“,

Hollenman/Wiberg, 102. Auflage, Walter de Gruyter „AC I, Chalkogene“ Skript, Prof.Dr.T.JüstelI t tInternet:- http://wikipedia.de/- http://www.google.de/imghp?hl=de&tab=ii- http://www.seilnacht.com/Lexikon/Doppelko.htm- http://www.grillo.de/index.php?id=76

E dEnde

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