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Anorganische Chemie I‐ Vortrag ‐

Sommersemester 08

114.04.2008

Die Herstellung von SchwefelsäureAnorganische Chemie I

Sommersemester 08

Hong‐ Dao TranMark Ottens

Anorganische Chemie I

2Anorganische Chemie

Hong‐ Dao TranMark Ottens

Die Herstellung von SchwefelsäureÜberblick – Einleitung – Geschichte – alte Herstellungsverfahren – moderne Herstellungsverfahren – Anwendung – Zusammenfassung –Literaturverzeichnis – Fragen/Diskussion

• Überblick

• Einleitung

• Geschichte

• alte Herstellungsverfahren

• moderne Herstellungsverfahren

• Anwendung

• Zusammenfassung

• Literaturverzeichnis

• Fragen/ Diskussion

Inhaltsverzeichnis/Überblick:

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Die Herstellung von Schwefelsäure

Anorganische Chemie Hong‐ Dao TranMark Ottens

Überblick – Einleitung – Geschichte – alte Herstellungsverfahren – moderne Herstellungsverfahren – Anwendung – Zusammenfassung –Literaturverzeichnis – Fragen/Diskussion

Skript: Allgemeine Chemie

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Schwefelsäure(H2SO4)


• nach IUPAC: Dihydrogensulfat, veraltet Vitriolöl •eines der wichtigsten Großtechnischen Produkte

‐> eine der bedeutendsten Chemikalien• Eigenschaften:

farblose, ölige, viskose, hygroskopische Flüssigkeitstark ätzend, sehr starke SäureSchmelzpunkt 10,38 °C; Siedepunkt 279,6°C

• Verwendung: als Konzentrat oder verd. in wässriger Lösung• Vorkommen:

Bestandteil des sauren Regens (Atmosphäre)gering in vulkanischen Quellen (Solfataren) Ihre Salze existieren häufiger‐> vor allem Sulfat‐Mineralien (Gips, Baryt, Chalkanthit)Atmosphäre der Venus

Produktion 2005:Weltweit: 140 *10^6 tDeutschland: 5,6*10^6 t

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Geschichte

•Im 8. Jahrhundert als Vitriolöl bekannt

•Erste Herstellungsverfahren von Albertus Magnus (1200‐1280) und BasiliusValentinus (um 1600) durch Ver‐brennung von Schwefel und Salpeter

•Im 13. Jahrhundert Herstellung nach dem Vitriolverfahren

•1746 Entwicklung des Bleikammerverfahrens

•18. Jahrhundert industrielle Bedeutung

•Um 1840 entdeckt Justus von Liebig die Verwendbarkeit als Dünger


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Überblick – Einleitung – Geschichte – Herstellungsverfahren – alte Herstellungsverfahren – moderne Herstellungsverfahren – Anwendung –Zusammenfassung – Literaturverzeichnis – Fragen/Diskussion

Übersicht der Herstellverfahren:

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Vitriolverfahren

‐>Sulfate auf hohe Temperatur erhitzen, Schwefeltrioxid

(SO3) in Wasser einleiten

Problematik:•sehr aufwendig•sehr teuer

Johann Rudolph Glauber (1604‐1670)

Überblick – Einleitung – Geschichte – alte Herstellungsverfahren – moderne Herstellungsverfahren – Anwendung – Zusammenfassung –Literaturverzeichnis – Fragen/Diskussion …

Schwefelsäure ….?!?!?!

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Bleikammerverfahren

‐ große bleiummantelte Ziegeltürme als Reaktionsbehälter

‐ gasförmiges Schwefeldioxid, Luft, Wasser und Stickoxide reagieren zuSchwefelsäure

‐ Säure rieselt in Tropfen auf dem Kammerboden

‐ Gay‐Lussac (1827) und Glover (1859) entwickelten Methoden und Vorrichtungen zur Rückgewinnung der Stickstoffoxide und deren Rückführung ‐> kontinuierlicher Ablauf

O2 + 2NO ⇄ 2NO2;NO2 + NO + H2O ⇄ 2HNO2;

SO2 + H2O ⇄ H2SO3;H2SO3 + 2HNO2 ⇄ H2SO4 + H2O + 2NOProblematik:• max. Säurekonzentration von 78 %• Konz. Lösungen mussten über dieaufwendige Destillation von Eisensulfat hergestellt werden


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Kontaktverfahren

1.Schritt: Herstellung von Schwefeldioxida) Verbrennung von elementarem Schwefel

b) Rösten von Erzen mit Luftsauerstoff

• technisches Verfahren zu Herstellung von H2SO4 mittels eines festen Katalysators

• ca. seit 1900 industrielle Nutzung

• Rohstoffbasis: elementarer Schwefel und sulfidische Erzeinsbesondere Pyrit (FeS2).

• Basis: Oxidation von SO2 zu SO3 unter Katalysatoreinfluss (Beschleunigung)

• 4 . Reaktionsschritte:

Überblick – Einleitung – Geschichte – alte Herstellungsverfahren –moderne Herstellungsverfahren – Anwendung – Zusammenfassung –Literaturverzeichnis – Fragen/Diskussion

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Kontaktverfahren

2.Schritt: Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid

keine direkte Reaktion von Schwefeldioxidund Sauerstoff

Steuerung der Reaktion durch geeigneteKatalysatoren ‐> ausreichend schnelle Reaktion, nicht zu hohe T

Grund:Zu hohe T notw. für eine ausreichend schnelle Reaktion –> Endotherme Reaktion

Vanadiumpentox

id (V2O5)

1.Reaktionsschritt:

2.Reaktionsschritt:Reaktionsbedingungen:T zw. 420 °C und 620 °C


Hordenkontaktofen

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Kontaktverfahren

3.Schritt: Umsetzung von Schwefeltrioxid mit Schwefelsäure

4.Schritt: Bildung von Schwefelsäure

Zwischenabsorber: Einleitung von Schwefeltrioxid in konz. H2SO4 (da Reaktion mit Wasser zu langsam )

SO3+H2SO4 H2S2O7

Verdünnung der Dischwefelsäure (H2S2O7) mit Wasser‐> Hydrolyse zu zwei Molekülen Schwefelsäure


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Kontaktverfahren

Im Überblick


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Doppelkontaktverfahren:


• Weiterentwicklung des Kontaktverfahrens:Restgas nach der Zwischenabsoption wird nochmalsüber eine Kontaktschicht geleitet

höhere Umsetzung des Schwefeldioxidsv. bis zu 99,7 %

• 1960: Fa. Bayer meldet das Doppelkatalyse‐verfahren zum Patent an

• erste Inbetriebnahme 1964 • Vorteile: rentabler und umweltfreundlicher• ermöglicht (durch SO3‐ Zwischenabsorption)eine entscheidende Erhöhung des SO2‐ Endumsatzes ‐‐‐>Folge: Verringerung der SO2 Emmission

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Doppelkontaktverfahren:


•

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Anwendung:

•70% der Produktion wird zur Herstellung von Sulfaten und Düngemittel verwendet

•Im Gemisch mit Salpetersäure können Explosivstoffe hergestellt werden

•Bleiakku der Autobatterie enthält 37%ige Schwefelsäure

•Als Rohstoff in der Waschmittelherstellung

•Trennung von Gold und Silber aus Erzen

•Chlorherstellung

•Katalysator

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Zusammenfassung:


• eine der wichtigsten und meistproduziertesten Chemikalien

• Aktuell fast ausschließliche Produktion über das Doppelkontaktverfahren

• Zurückstufung der Produktion aus Umweltgründen, u.a.:

Bestandteil des sauren Regens ‐> Ursache für das Waldsterben

Acid Mine Drainage (saure Abflüsse) ‐> Toxische Wirkung auf Gewässerlebewesen

Literatur:Chemie: Das Basiswissen der Chemie

Charles E. Mortimer8. Auflage, Thieme

Anorganische ChemieRiedel/Janiak

7. Auflage, de Gruyter

Chemie DudenBasiswissen Schule

Internet:www.wikipedia.de

www.chemgapedia.dehttp://www.bayertechnology.com/produkte/43_6310.php

www.seilnacht.com/Lexikon/H2SO4.htmhttp://de.encarta.msn.com/encyclopedia_761566936/Schwefels%C3%A4ure.html

http://de.wikipedia.org/wiki/Schwefels%C3%A4urewww.kostenlose‐referate.de/schwefelsaeure‐‐‐eigenschaften‐‐herstellung‐‐

verwendung‐67.htmlhttp://lexikon.meyers.de/meyers/Rauchgasentschwefelung

Quellenangabe:

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