Herstellung von Schwefelsäure

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1 Herstellung von Schwefelsäure Ein Referat von: Sebastian Arndt Niko Grebe Nils Wallmeyer

2 Inhaltsverzeichnis Allgemeines Geschichte Herstellungsverfahren Wirtschaftliche Bedeutung Quellenverzeichnis

3 Allgemeines zu Schwefel Schwefel (lat. Sulfur) Chemisches Element mit der Ordnungszahl Hauptgruppe pg pp Chalkogene Die Silbe -thio- stammt aus dem griechischen Schwefel steht an der 16. Stelle in der Häufigkeit der in der Lithosphäre vorkommenden Elemente Gelber, nichtmetallischer Feststoff

4 Allgemeines zu Schwefel Vorkommen: elementarer Schwefel in großen Mengen in Vulkanschloten (z.b. Java, Indonesien) Schwefelblüte in anorganischen Verbindungen als Sulfat oder Sulfid Kupfersulfat (CuSO 4 ) Gips (Ca[SO 4 ] 2H 2 O)

5 Allgemeines zu H 2 SO 4 Strukturformel: farb- und geruchlose, viskose Flüssigkeit Schmelzpunkt: 10,38 C Siedepunkt: 279,6 C Hohe elektrische Leitfähigkeit aufgrund der Autoprotolyse: 2 H 2 SO 4(l) H 3 SO + 4 (aq) + HSO - 4 (aq)

6 Allgemeines zu H 2 SO 4 Handelsüblich konz. Säure Massenanteil 98% = 18 mol/l Wasserrest erhöht Siedetemperatur auf 339 C Zweiprotonige Säure H 2 SO 4(aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + HSO 4 - (aq) pks: -3 HSO 4 - (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + SO 4 2- (aq) pks: 1,9

7 Allgemeines zu H 2 SO 4 Schwefelsäure als Dehydratisierungsmittel: konz. H 2 SO 4 : stark wasseranziehend (hygroskopisch) H C 12 H 22 O 2 SO 4 11(s) 12C (s) + 11H 2 O (l) Schwefelsäure als Sulfonierungsreagenz: konz. H 2 SO 4 zur Ersetzung eines Wasserstoff-Atom durch SO 3 H H 2 SO 4(l) + CH 3 C 6 H 6(l) 3 CH 3 C 6 H 4 SO 3 H (s) + H 2 O (l)

8 Geschichte ht Erste Erwähnung 8. Jhd. Alchemist Dschabir ibn Hayyan Mögliche Verfahren beschrieben von: - Alchemist Albertus Magnus ( ) - Alchemist Basilius Valentinus (~1600) Ab 16. Jhd. Herstellung in Böhmen, Sachsen, Harz 18. Jhd. Entwicklung Bleikammerverfahrens durch John Roebuck

9 Vitriolverfahreni Älteste Verfahren Zersetzung von Sulfaten (hohe Temperatur, Sauerstoffatmosphäre) 6 FeSO 4 7 H 2 O (s) + O 2(g ) 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 (s) + 2 FeO (s) + 42 H 2 O (l) Reaktion von Eisen(II)sulfat Fe 2 (SO 4 ) 3 (s) Fe 2 O 3(s) + 3 SO 3(g) Umsetzung zu Schwefelsäure SO 3 (g) + H 2 O (l) H 2 SO 4 (l)

10 Bleikammerverfahren 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 Eindampfen der Kammersäure

11 Schwefel oder sulfidische Erze werden verbrannt ⅛ S 8(s) + O 2(s) SO 2 (g) Schwefelsäure aus Schwefeldioxid, Wasser und Stickstoffdioxid (Katalysator) SO 2 (g) + NO 2 (g) SO 3 (g) + NO (g) NO (g) + ½ O 2 (g) NO 2 (g) SO 3 (g) + H 2 O (g) H 2 SO 4 (l) SO 2 (g) + ½ O 2 (g) + H 2 O (g) H 2 SO 4(l)

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13 Doppelkontaktverfahren kt

14 Doppelkontaktverfahren kt Kontaktverfahren entwickelt von Clemens Winkler ( ) und Rudolf Knietsch ( ), bereits veraltet Entwicklung zum Doppelkontaktverfahren (umweltverträglicher, effizienter) Heutzutage wird fast nur ausschließlich das Doppelkontaktverfahren zur Herstellung verwendet

15 Herstellung (Doppelkontaktverfahren) kt

16 Herstellung (Doppelkontaktverfahren) kt VO 2 5

17 Herstellung (Doppelkontaktverfahren) kt V 2 O 5

18 Herstellung (Doppelkontaktverfahren) kt Kinetische Hemmung selbst bei C aufgrund hoher Aktivierungsenergie Einsatz von festen Katalysatoren ( Kontakte ) Wie z.b. Platin (bei 400 C), Eisenoxid (bei 600 C), Vanadiumpentoxid Im Kontaktverfahren wird V 2 O 5 verwendet

19 Doppelkontaktverfahren (Katalysator) t Vanadiumpentoxid V 2 O 5 mit Kaliumpyrosulfat K 2 S 2 O 7 als Aktivator auf porösem SiO 2 als Träger Wirkungsbereich von 420 C bis 620 C Im Wirkungsbereich Vanadium sulfat haltige Im Wirkungsbereich Vanadium-sulfat-haltige Schmelze

20 Herstellung (Katalysator t Wirkungsweise) i

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23 Kontaktverfahren Ausbeute

24 Wirtschaftlichkeit hk it Schwefelsäure am meisten produzierte Chemikalie der Welt Weltjahresproduktion rund 140 Mio Weltjahresproduktion rund 140 Mio. Tonnen

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

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27 Wirtschaftlichkeit (Doppelkontaktverfahren) kt

28 Wirtschaftlichkeit hk it Wiederaufbereitung grundsätzlich möglich Kosten übersteigen Produktionskosten Mögliche Aufbereitungsmethoden: th Stark verdünnte Säure mit Oleum aufkonzentrieren Stark verunreinigte Säure stark erhitzen -> entstehenden SO 2 in Doppelkontaktverfahren einbinden

29 Quellen Literatur: Allgemeine und Anorganische Chemie, Michael Binnewies/Manfred Jäckel/Helge Willner/Geoff Rayner-Canham, Spektrum Lehrbuch h der Anorganischen Chemie, Hollenman/Wiberg, 102. Auflage, Walter de Gruyter AC I, Chalkogene Skript, Prof.Dr.T.Jüstel Internet: t

30 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!