接触法（濃硫酸の工業的製法・仕組み・反応式・触媒など）

【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。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。

接触法の仕組み

STEP1	硫黄又は黄鉄鉱を燃焼させる → 二酸化硫黄SO₂が生成
STEP2	STEP1で得たSO₂をO₂により酸化させる → 三酸化硫黄SO₃が生成
STEP3	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 → 濃硫酸H₂SO₄が生成

Point!

接触法の流れは上の通り。
これから、各STEPについて順番に解説していく。

STEP1

硫黄又は黄鉄鉱を燃焼させる

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。

\[
S + O_{2} → SO_{2}
\]

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

STEP2

STEP1で得たSO₂を空気中のO₂により酸化させる

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。

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

※この反応は活性化エネルギーが非常に高く、反応の進行が遅い。そこで、「酸化バナジウム（Ⅴ）V₂O₅」を触媒として用いることで、活性化エネルギーを下げ、反応を起こり易くしている。

※この反応は“可逆反応”で正反応が”発熱反応”なので、逆反応が進まないかつ正反応の反応速度が小さくならないような温度（200〜600℃）で操作を行う必要がある。

STEP3

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

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）

\[
SO_{3} + H_{2}O → H_{2}SO_{4}
\]

接触法の反応式

上のSTEP1〜STEP3で出てきた反応式をもう一度確認した後、それらをまとめて１つの反応式にしていこう。

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

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。

接触法に関する演習問題

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。

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

\[
SO_{3} + H_{2}O → H_{2}SO_{4}
\]

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。