接触法【高校化学・化学基礎一問一答】

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一問一答

問１

【】に当てはまる用語を答えよ。

濃硫酸H₂SO₄の工業的製法を【１】という。

【問１】解答/解説：タップで表示

解答：【１】接触法

問２

【】に当てはまる用語を答えよ。

接触法では、まず硫黄Sを含む化合物を燃焼させ【１】を得る。次に、【１】を空気中の酸素O₂により酸化させ【２】を得る。この反応は【３】が非常に高く、反応の進行が遅いため触媒として【４】を用いる。最後に、【２】を水H₂Oと反応させ【５】を得る。

【問２】解答/解説：タップで表示

解答：【１】二酸化硫黄SO₂【２】三酸化硫黄SO₃【３】活性化エネルギー【４】酸化バナジウム（Ⅴ）V₂O₅【５】濃硫酸H₂SO₄

まずは、硫黄S又は黄鉄鉱FeS₂を燃焼させることで二酸化硫黄SO₂を得る。

\[
S + O_{2} → SO_{2}
\]

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

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。

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

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）

\[
SO_{3} + H_{2}O → H_{2}SO_{4}
\]

問３

接触法の第一段階（硫黄→二酸化硫黄）、第二段階（二酸化硫黄→三酸化硫黄）、第三段階（三酸化硫黄→濃硫酸）、全体の反応式をそれぞれ書け。

【問３】解答/解説：タップで表示

解答：以下参照

STEP1~STEP3の反応式は次の通り。

\[
【STEP1】4FeS_{2} + 11O_{2} → 2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}\\
【STEP2】2SO_{2} + O_{2} → 2SO_{3}\\
【STEP3】SO_{3} + H_{2}O → H_{2}SO_{4}
\]

ここで、中間生成物（一連の反応の中で生成し消えるもの）が消えるように係数を調整して…

\[
4FeS_{2} + 15O_{2} + 8H_{2}O → 2Fe_{2}O_{3} + 8H_{2}SO_{4}
\]

これが接触法の全体式である。

※接触法の反応式について詳しくは接触法（濃硫酸の工業的製法・仕組み・反応式・触媒など）を参照
※活性化エネルギーについて詳しくは活性化エネルギーと反応熱を参照