硫化氫、乙二酸在硫酸制備工藝中的應(yīng)用

黎子豪

（長沙市南雅中學(xué) 湖南長沙 410000）

硫化氫、乙二酸在硫酸制備工藝中的應(yīng)用

黎子豪

（長沙市南雅中學(xué) 湖南長沙 410000）

隨著“十二五”發(fā)展規(guī)劃的陸續(xù)實施，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)的硫酸制備過程繁瑣而且在操作過程中容易對人員造成傷害，嚴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)在我國經(jīng)過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)生以及科研單位實驗室常用的化學(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)生以及科研實驗室中硫酸的儲量一般相對較少，而硫酸在高中以及大學(xué)化學(xué)實驗中的作用又不容忽視，對于熱愛實驗的同學(xué)來說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驗中。但是在購買濃硫酸時，夠買人通常需要攜帶本人身份證以及學(xué)校開具的購買證明，然后店家再從工廠調(diào)貨，所以程序繁瑣、硫酸極難購得。

2 硫酸的制備方法

通常情況下實驗室制備硫酸的方式分為三類：

（1）強酸制弱酸。

（2）氧化還原法。

（3）復(fù)分解方法。

2.1 強酸制弱酸

強酸制備弱酸是實驗室中比較常見的一種方法，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酸制弱酸的道理來實現(xiàn)。但是在制備硫酸的實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，硫酸是酸性比較強一種酸，實驗室條件下很難用酸性更強的酸來制備硫酸，利用其他的方法去完成這樣的反應(yīng)經(jīng)濟性也不是很好。所以說這種方法在實驗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，通過化合價的變化來使反應(yīng)進行。一般利用氧化還原反應(yīng)制備硫酸的方法如式（3）：

但是利用過氧化氫去氧化二氧化硫時，由于過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，最終會導(dǎo)致反應(yīng)體系尾氣中二氧化硫濃度較高，這不但會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)率還會很低，使經(jīng)濟效益降低。

2.3 復(fù)分解反應(yīng)

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

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)可以進行，最后通過一些列的實驗也證實了反應(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)的方法進行催化轉(zhuǎn)化；濕法接觸則無需洗滌、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。又因為大多數(shù)的H2S相對干凈，所以濕接觸法工藝的應(yīng)用也相對較為廣泛。WSA法是常見的濕接觸法之一，操作彈性比較大，對氣體的組成以及氣體負荷的變動敏感性不是很大。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，成品酸濃度大約在98%，水分含量在30～50%時，成品酸濃度為93～94%。但是在利用硫化氫制備硫酸時，一定要嚴防硫化氫氣體泄漏，這就需要在裝置現(xiàn)場安裝硫化氫氣體濃度報警器，并且配備應(yīng)急防護用品，用這樣的方法來確保現(xiàn)場職工的健康與安全。

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。乙二酸最簡單的有機二元酸之一，結(jié)構(gòu)簡式HOOCCOOH。乙二酸一般是無色透明結(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。

乙二酸相對于硫化氫來說簡單易得，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的基本原理通過草酸與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買，方便簡易。

在生成物中，草酸銅是一種沉淀，可以通過過濾的方式將其去除。但是草酸銅粒徑很細，可以透過濾紙。在實驗室中可以通過多加幾層濾紙過濾的方法來達到凈化的目的。有時也可以采用離心的方法把大部分草酸銅沉降下來再過濾（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做好實驗準(zhǔn)備。但是光靠這兩種種物質(zhì)還不夠，因為很難保證恰好完全反應(yīng)，所以在制備的過程中常常需要添加過量的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驗原料靜置，通過一段時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 硫酸制備過程

材料：草酸；硫酸銅；硫磺粉；鐵粉；濾紙；打火機；pH試紙

（1）將草酸加入到過量的硫酸銅溶液中，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以除去過量的Cu2+，如果沒有硫粉，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)，但是在制備的過程中會產(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)過過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

為了檢驗硫酸濃度，一般用pH試紙，但是用pH試紙只能簡單知道溶液的大概范圍，無法得到精確的數(shù)值，一般只能精確到整數(shù)位。而且根據(jù)觀察人的不同也會造成誤差。這里我們可用一種常見的指示劑—甲基紫（methyl violet），也稱龍膽紫、結(jié)晶紫，是一系列同類的有機化合物，是副品紅的四、五、六甲基衍生物（副品紅堿）的混合物。可作為染料、酸堿指示劑、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，顏色變化為黃色→綠色；

濃度在1.0～1.5時，顏色變化為綠色→藍色；

濃度在2.0～3.0時，顏色變化為藍色→紫色。

我們可以通過顏色的變化來估測硫酸的大致濃度，然后在用pH計來準(zhǔn)確測出硫酸的濃度。然后將濃度測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

隨著環(huán)保要求日益嚴格，硫酸的制備工業(yè)和制備硫酸過程中尾氣的處理也越來越受到人們的重視。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)研究會有著很大的促進作用。雖然乙二酸工藝制備硫酸還處于實驗室階段，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，這種方法能夠應(yīng)用到實際的工程實踐中，為硫酸的廣泛應(yīng)用奠定堅實的基礎(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