接触法（濃硫酸の工業的製法・仕組み・反応式・触媒など）

2017年8月6日2023年6月23日

はじめに

【プロ講師解説】このページでは『接触法（濃硫酸の工業的製法・仕組み・反応式・触媒など）』について解説しています。

STEP

硫黄Sを燃焼させることで二酸化硫黄SO₂を得る。

\[ \mathrm{S + O_{2} → SO_{2} }\]

一昔前は、硫黄の燃焼ではなく、黄銅鉱（二硫化鉄）FeS₂の燃焼により二酸化硫黄SO₂を得ていた。

\[ \mathrm{4FeS_{2} + 11O_{2} → 2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2} }\]

STEP

STEP1で得たSO₂を空気中のO₂によって酸化させることで三酸化硫黄SO₃を得る。

次に、STEP1で得たSO₂を空気中のO₂によって酸化させることで三酸化硫黄SO₃を得る。

\[ \mathrm{2SO_{2}+O_{2} \overset{酸化バナジウム(Ⅴ)V_{2}O_{5}}{\rightleftarrows}2SO_{3}} \]

この段階において三酸化硫黄SO₃の生成効率を高めるには、低温・高圧にする。

\[ \mathrm{2SO_{2}+O_{2} \overset{低温・高圧}{\color{ #ff0000 }{→}}2SO_{3}} \]

低温にすると、ルシャトリエの原理により温度を上げる方向に反応が進む。この反応は発熱反応なので、右（SO₃が生成する方向）に反応が進む。

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高圧にすると、ルシャトリエの原理により圧力を下げる方向（気体分子数が少なくなる方向）に反応が進む。この反応における気体分子数を比較すると、左は3、右は2なので、右に反応が進む。

STEP

STEP2で得たSO₃を濃硫酸に溶かして発煙硫酸とし、そこに希硫酸を加えることで濃硫酸を得る。

最後に、STEP2で得たSO₃を濃硫酸に溶かして発煙硫酸とし、そこに希硫酸を加えることで濃硫酸を得る。（発煙硫酸中のSO₃と希硫酸中のH₂Oが反応する）

\[ \mathrm{SO_{3} + H_{2}O → H_{2}SO_{4}} \]

発煙硫酸とは、濃硫酸H₂SO₄に大量の三酸化硫黄SO₃を吸収させたものである。

発煙硫酸は、SO₃の蒸気を発している。

SO₃を水に吸収させると、溶解熱により水が一気に沸騰する。このとき発生する水蒸気にSO₃が溶け、硫酸の霧ができる。しかし、硫酸分子は水分子と比較して極めて大きいため、この霧は水中で拡散しにくい（溶けにくい）。

したがって、発熱を抑えるため、濃硫酸中の水にゆっくりとSO₃を吸収させて発煙硫酸をつくり、これを希硫酸で薄めることで目的の濃度の濃硫酸をつくる。

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この『接触法（濃硫酸の工業的製法・仕組み・反応式・触媒など）』のページで解説した内容をまとめる。

濃硫酸の工業的製法を接触法という。
接触法の仕組みは次の通りである。
❶ 硫黄Sを燃焼させることで二酸化硫黄SO₂を得る。
❷ STEP1で得たSO₂を空気中のO₂によって酸化させることで三酸化硫黄SO₃を得る。
❸ STEP2で得たSO₃を濃硫酸に溶かして発煙硫酸とし、そこに希硫酸を加えることで濃硫酸を得る。