Mở đầu
Một sơ đồ sản xuất gồm nhiều giai đoạn giúp ta thấy sulfur đi qua các chất nào. Ta theo nguyên tố S trước, rồi xét điều kiện ở từng bước.
Tạo SO₂
Có thể đốt sulfur:
$$\mathrm{S+O_2\rightarrow SO_2},$$
hoặc nung quặng pyrite:
$$4\mathrm{FeS_2}+11\mathrm{O_2}\rightarrow2\mathrm{Fe_2O_3}+8\mathrm{SO_2}.$$
Nguồn nguyên liệu có thể là sulfur, quặng pyrite hoặc quặng sulfide. Khi tính toán phải dùng đúng phương trình ứng với nguyên liệu đề cho.
Kiểm tra nhanh
Trong phương trình nung pyrite, 1 mol FeS₂ tạo lí thuyết bao nhiêu mol SO₂?
Tỉ lệ không phải 2 : 1 theo chiều này.
Đã bỏ một nguyên tử S trong FeS₂.
Từ hệ số 4 : 8, tỉ lệ FeS₂ : SO₂ là 1 : 2.
Đã nhân đôi thêm một lần.
Lời giải
**Cách làm**
$4\mathrm{FeS_2}\rightarrow8\mathrm{SO_2}$ nên 1 mol FeS₂ tạo 2 mol SO₂.
Oxi hóa SO₂ thành SO₃
$$2\mathrm{SO_2(g)}+\mathrm{O_2(g)}\rightleftharpoons2\mathrm{SO_3(g)},\quad\Delta H<0.$$
Quá trình dùng không khí dư, xúc tác V₂O₅, nhiệt độ khoảng 450 °C và áp suất 1–2 bar; hiệu suất chuyển hóa đạt trên 98%.
Phản ứng thuận tỏa nhiệt và làm giảm số mol khí, nên nhiệt độ thấp và áp suất cao thuận lợi về cân bằng. Công nghiệp chọn nhiệt độ trung gian để tốc độ đủ lớn; thường không cần áp suất quá cao vì hiệu quả kinh tế và mức chuyển hóa đã phù hợp. Xúc tác không làm đổi thành phần cân bằng.
Hấp thụ SO₃
Không hấp thụ trực tiếp SO₃ vào nước vì dễ tạo sương acid khó thu. SO₃ được hấp thụ vào H₂SO₄ đặc tạo oleum:
$$\mathrm{SO_3+H_2SO_4\rightarrow H_2S_2O_7}.$$
Sau đó pha loãng oleum có kiểm soát:
$$\mathrm{H_2S_2O_7+H_2O\rightarrow2H_2SO_4}.$$
Đây là quy trình công nghiệp khép kín, không phải hướng dẫn thao tác ngoài cơ sở chuyên dụng.
Ví dụ mẫu: Tính theo hiệu suất toàn quá trình
Từ các phương trình tổng quát, 1 mol S có thể cho lí thuyết 1 mol H₂SO₄. Nếu dùng 3,2 kg S tinh khiết, $n_S=3200/32=100$ mol, lượng H₂SO₄ lí thuyết là 100 mol = 9,8 kg.
Với hiệu suất toàn quá trình 90%, lượng thực tế là $9{,}8\times0{,}90=8{,}82$ kg. Không nhân hiệu suất riêng nhiều lần nếu đề đã cho hiệu suất toàn quá trình.
Luyện tập
Vì sao SO₃ được hấp thụ vào H₂SO₄ đặc thay vì cho trực tiếp vào nước?
SO₃ phản ứng mạnh với nước.
Hấp thụ trực tiếp dễ tạo sương acid; dùng oleum giúp kiểm soát quá trình.
Haber là quá trình sản xuất NH₃.
SO₃ được giữ ở mức oxi hóa +6, không bị khử thành SO₂.
Lời giải
**Cách làm**
SO₃ phản ứng với nước tạo các hạt sương H₂SO₄ rất nhỏ, khó ngưng tụ và thu hồi; hấp thụ vào H₂SO₄ đặc tạo oleum hiệu quả hơn.
Ghi nhớ
- Phương pháp tiếp xúc: tạo SO₂ → oxi hóa cân bằng thành SO₃ với V₂O₅ → hấp thụ vào H₂SO₄ tạo oleum → pha loãng có kiểm soát.
Đang học