黎子豪

（長(zhǎng)沙市南雅中學(xué) 湖南長(zhǎng)沙 410000）

硫化氫、乙二酸在硫酸制備工藝中的應(yīng)用

黎子豪

（長(zhǎng)沙市南雅中學(xué) 湖南長(zhǎng)沙 410000）

隨著“十二五”發(fā)展規(guī)劃的陸續(xù)實(shí)施，硫酸的產(chǎn)能以及產(chǎn)量得到了迅速的發(fā)展，技術(shù)裝備水平得到了穩(wěn)步提高，節(jié)能減排效果顯著。但是傳統(tǒng)的硫酸制備過(guò)程繁瑣而且在操作過(guò)程中容易對(duì)人員造成傷害，嚴(yán)重制約了硫酸的廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了一種新型的硫酸制備方法，并簡(jiǎn)單介紹了利用硫化氫制備硫酸的方法，希望為以后硫酸工業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用提供一定的參考依據(jù)。

H2S；草酸；硫酸

1 前言

硫酸工業(yè)在我國(guó)經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展以后，產(chǎn)量得到了很大的提高，不但能夠滿足化工、石化、輕工、鋼鐵等行業(yè)而且在糧食以及在科研領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。并且硫酸也是學(xué)生以及科研單位實(shí)驗(yàn)室常用的化學(xué)試劑，在科研領(lǐng)域研究中有著十分重要的作用。通常工業(yè)上抽取H2SO4采用的主要方法是通過(guò)灼燒FeS2或其它硫化物得到SO2，然后再利用催化劑五氧化二釩在高溫下催化SO2氧化成SO3，最后再將SO3與水在反應(yīng)塔中反應(yīng)制得H2SO4，具體的反應(yīng)式子如式（1）和（2）：

但是在學(xué)生以及科研實(shí)驗(yàn)室中硫酸的儲(chǔ)量一般相對(duì)較少，而硫酸在高中以及大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的作用又不容忽視，對(duì)于熱愛(ài)實(shí)驗(yàn)的同學(xué)來(lái)說(shuō)硝酸不但是必不可少的一種高效脫水劑和吸水劑，而且還廣泛應(yīng)用在酸堿中和滴定，酸化高錳酸鉀溶液等各種基本實(shí)驗(yàn)中。但是在購(gòu)買濃硫酸時(shí)，夠買人通常需要攜帶本人身份證以及學(xué)校開(kāi)具的購(gòu)買證明，然后店家再?gòu)墓S調(diào)貨，所以程序繁瑣、硫酸極難購(gòu)得。

2 硫酸的制備方法

通常情況下實(shí)驗(yàn)室制備硫酸的方式分為三類：

（1）強(qiáng)酸制弱酸。

（2）氧化還原法。

（3）復(fù)分解方法。

2.1 強(qiáng)酸制弱酸

強(qiáng)酸制備弱酸是實(shí)驗(yàn)室中比較常見(jiàn)的一種方法，本質(zhì)上是滿足復(fù)分解反應(yīng)的生成弱電解質(zhì)的條件。比如用稀鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)制備酸性較弱的碳酸；硫酸與醋酸鈣反應(yīng)制備醋酸等等都是利用強(qiáng)酸制弱酸的道理來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是在制備硫酸的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，硫酸是酸性比較強(qiáng)一種酸，實(shí)驗(yàn)室條件下很難用酸性更強(qiáng)的酸來(lái)制備硫酸，利用其他的方法去完成這樣的反應(yīng)經(jīng)濟(jì)性也不是很好。所以說(shuō)這種方法在實(shí)驗(yàn)室中只是具備理論上的可能性，一般不采取這種方法。

2.2 氧化還原法

氧化還原反應(yīng)就是利用電子的得失，通過(guò)化合價(jià)的變化來(lái)使反應(yīng)進(jìn)行。一般利用氧化還原反應(yīng)制備硫酸的方法如式（3）：

但是利用過(guò)氧化氫去氧化二氧化硫時(shí)，由于過(guò)氧化氫的氧化性很弱，而且在常溫條件下易揮發(fā)，所以很難保證在反應(yīng)中二氧化硫能夠反應(yīng)充分，最終會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)體系尾氣中二氧化硫濃度較高，這不但會(huì)造成由于二氧化硫不充分反應(yīng)造成空氣的污染，而且硫酸的產(chǎn)率還會(huì)很低，使經(jīng)濟(jì)效益降低。

2.3 復(fù)分解反應(yīng)

由于強(qiáng)酸制弱酸和氧化還原法都在硫酸的制備過(guò)程中存在一定的缺陷，但是化學(xué)界不是絕對(duì)的，因此在實(shí)驗(yàn)室中尋找到另外一種方法就是復(fù)分解法，眾所周時(shí)強(qiáng)酸制備弱酸，但是很多事物可以逆轉(zhuǎn)，弱酸有時(shí)也可以制強(qiáng)酸，通過(guò)弱酸制強(qiáng)酸的方式利用硫化氫來(lái)制備硫酸是實(shí)驗(yàn)室中常用的方法：

反應(yīng)式（4）本質(zhì)是滿足復(fù)分解反應(yīng)的生成難溶物質(zhì)的條件，所以理論上反應(yīng)可以進(jìn)行，最后通過(guò)一些列的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了反應(yīng)的準(zhǔn)確性。

3 硫化氫制硫酸

硫化氫制硫酸可以分為干、濕接觸法兩種。干的接觸法就是將H2S氣體焚燒成SO2，然后采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化；濕法接觸則無(wú)需洗滌、干燥，在水蒸氣存在下將SO2催化轉(zhuǎn)化為SO3，并直接凝結(jié)成酸。又因?yàn)榇蠖鄶?shù)的H2S相對(duì)干凈，所以濕接觸法工藝的應(yīng)用也相對(duì)較為廣泛。WSA法是常見(jiàn)的濕接觸法之一，操作彈性比較大，對(duì)氣體的組成以及氣體負(fù)荷的變動(dòng)敏感性不是很大。成品的硫酸濃度取決于氣體中水分的含量，若氣體中水分含量在5～8%時(shí)，成品酸濃度大約在98%，水分含量在30～50%時(shí)，成品酸濃度為93～94%。但是在利用硫化氫制備硫酸時(shí)，一定要嚴(yán)防硫化氫氣體泄漏，這就需要在裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝硫化氫氣體濃度報(bào)警器，并且配備應(yīng)急防護(hù)用品，用這樣的方法來(lái)確保現(xiàn)場(chǎng)職工的健康與安全。

4 乙二酸制備硫酸的原理

乙二酸是一種普遍存在于植物體內(nèi)的酸，俗稱草酸。遍布于自然界，常以草酸鹽形式存在。乙二酸最簡(jiǎn)單的有機(jī)二元酸之一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式HOOCCOOH。乙二酸一般是無(wú)色透明結(jié)晶，在溫?zé)岬目諝庵芯腿菀罪L(fēng)化。誤食了乙二酸會(huì)影響兒童的發(fā)育，使人體內(nèi)的酸堿度失去平衡。

乙二酸相對(duì)于硫化氫來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單易得，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的基本原理通過(guò)草酸與CuSO4反應(yīng)生成難溶于水的草酸銅和硫酸的方法制取硫酸。草酸和硫酸銅均可在化工店直接購(gòu)買，方便簡(jiǎn)易。

在生成物中，草酸銅是一種沉淀，可以通過(guò)過(guò)濾的方式將其去除。但是草酸銅粒徑很細(xì)，可以透過(guò)濾紙。在實(shí)驗(yàn)室中可以通過(guò)多加幾層濾紙過(guò)濾的方法來(lái)達(dá)到凈化的目的。有時(shí)也可以采用離心的方法把大部分草酸銅沉降下來(lái)再過(guò)濾（靜置亦可）草酸銅也可以再次利用，洗凈后烘干備用。將草酸銅加熱不但可以制備一氧化碳而且還可以得到氧化銅，這樣就可以為以后的H2還原CuO做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。但是光靠這兩種種物質(zhì)還不夠，因?yàn)楹茈y保證恰好完全反應(yīng)，所以在制備的過(guò)程中常常需要添加過(guò)量的CuSO4溶液，這樣才能保證反應(yīng)的完全。判斷的主要方法就是將實(shí)驗(yàn)原料靜置，通過(guò)一段時(shí)間的沉降后觀察上清液顏色（如圖3）。

圖3 靜置后上清液圖

5 硫酸制備過(guò)程

材料：草酸；硫酸銅；硫磺粉；鐵粉；濾紙；打火機(jī)；pH試紙

（1）將草酸加入到過(guò)量的硫酸銅溶液中，然后將16g的硫磺粉和28g的鐵粉混合鋪在濾紙上用引燃的方式得到FeS以除去過(guò)量的Cu2+，如果沒(méi)有硫粉，也可以采用NaS和FeSO4反應(yīng)制備FeS，另外在硫代硫酸鈉（Na2S2O3）溶液中滴加高濃度的草酸也可以制備出硫單質(zhì)，但是在制備的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生SO2。（盡量不采用這樣的方法）

（2）將FeS裝入裝置（可用啟普發(fā)生器）取出部分還含有Cu2+的硫酸加入，即產(chǎn)生有臭雞蛋味的H2S氣體，通入硫酸粗品中，除去Cu2+，用NaOH溶液處理尾氣，或用涂有少量NaOH的玻璃片置于瓶口上方，經(jīng)過(guò)過(guò)濾得到純度較高的溶液最后加熱煮沸除去H2S得到純凈稀硫酸。

6 純度的檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)硫酸濃度，一般用pH試紙，但是用pH試紙只能簡(jiǎn)單知道溶液的大概范圍，無(wú)法得到精確的數(shù)值，一般只能精確到整數(shù)位。而且根據(jù)觀察人的不同也會(huì)造成誤差。這里我們可用一種常見(jiàn)的指示劑—甲基紫（methyl violet），也稱龍膽紫、結(jié)晶紫，是一系列同類的有機(jī)化合物，是副品紅的四、五、六甲基衍生物（副品紅堿）的混合物?？勺鳛槿玖稀⑺釅A指示劑、消毒劑，稀釋后可用作外用藥品（紫藥水）（如圖7）。

圖7 甲基紫的結(jié)構(gòu)示意圖

一般情況下：濃度在0.13-0.5時(shí)，顏色變化為黃色→綠色；

濃度在1.0～1.5時(shí)，顏色變化為綠色→藍(lán)色；

濃度在2.0～3.0時(shí)，顏色變化為藍(lán)色→紫色。

我們可以通過(guò)顏色的變化來(lái)估測(cè)硫酸的大致濃度，然后在用pH計(jì)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)出硫酸的濃度。然后將濃度測(cè)量好的硫酸裝入廣口瓶中，貼上標(biāo)簽。需要注意的是硫酸具有強(qiáng)的氧化性和腐蝕性，所以一定要妥善保存，取、放一定要小心謹(jǐn)慎。將配好的硫酸放在安全的位置，以備后續(xù)的使用。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，硫酸的制備工業(yè)和制備硫酸過(guò)程中尾氣的處理也越來(lái)越受到人們的重視。用盡可能少的能源，高效的制備出硫酸，這為以后的工業(yè)發(fā)展以及科學(xué)研究會(huì)有著很大的促進(jìn)作用。雖然乙二酸工藝制備硫酸還處于實(shí)驗(yàn)室階段，但是由于這種方法存在理論可能性，而且材料易得，因此相信在不久的將來(lái)，這種方法能夠應(yīng)用到實(shí)際的工程實(shí)踐中，為硫酸的廣泛應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]張家忠，易紅宏，寧平，等.硫化氫吸收凈化技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（6）：47～52.

[2]郭景芝.資源的全球化配置與我國(guó)硫酸工業(yè)的原料格局[J].硫酸工業(yè)，2005（2）：1～6.

[3]紀(jì)羅軍.硫鐵礦燒渣資源的綜合利用[J].硫酸工業(yè)，2009（1）：1～8.

[4]申屠華德，張志孝.硫鐵礦制酸新型廢熱回收系統(tǒng)探討[J].硫酸工業(yè)，2010（2）：37～40.

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1004-7344（2016）05-0254-02

2016-1-25