古代的化学-《帝国的黎明》
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2onoso2oh+h2o→2h2so4+no+no2
也就是说氧化氮实际上是氧气氧化so2为so3的催化剂。
于是在铅室法制硫酸中减少了昂贵的硝石用量,增加供应空气的量,使成本再次降低。到2o世纪初,硝石基本上不再使用,而使用氨,因为氨在铂等催化剂存在下,能同空气中氧气作用,生成氮的氧化物。这个反应是:
4nh3+5o2→4no+6h2o
由于氮的氧化物可以反复使用,于是出现如何回收这些氮的氧化物问题。法国著名化学家盖吕萨克(gay-Lussac,JosephLouis1778~185o)在1827年提出在铅室后设置一塔,塔内充填焦炭,将铅室中释放的气体从塔底通入,上升后遇到从铅室中通入塔顶而下淋的硫酸,被溶解吸收。但是氮的氧化物却不能完全被吸收,因为一氧化氮不易溶解在硫酸中,也不起化学反应,而二氧化氮不易溶于浓硫酸,只溶于较稀的硫酸中。要使氮的氧化物再重新释放出来,使它们再回到铅室被利用,最初只是用水稀释这种吸收氮的氧化物的酸,这将使生成的硫酸被稀释,再浓缩是不经济的。因此盖吕萨克设计的塔迟迟未投入实际应用。这个塔后来被命名为盖吕萨克塔。
1859年,英国一位管道工人格洛弗(g1over,John1817~19o2)提出在燃烧硫黄的炉子和铅室之间设置一塔,使高温二氧化硫气体向上流,遇到塔顶从盖吕萨克塔送来的含氮硫酸,使其中氮的氧化物受热释放出来,进入铅室。这样不仅充分回收了氮的氧化物,也使在盖吕萨克塔中被吸收的氮的氧化物又重新释放出来。这个塔后来被命名为格洛弗塔,很快用于实际生产中,一位普通的工人完善了一位著名化学家的设计,在硫酸制造中同享盛名。
此后硫酸制造者们又对铅室进行一系列改进。
铅室不再是立方形的了,因为立方形会形成角,物料在这些角落中可能停滞不动,气流的流动度很慢,气相和微小雾滴的液相反复接触效率很差,于是逐渐改造成圆筒形或截头圆锥形,使外形变成了塔形。
铅室不再是空空的了,而是填满了瓷珠。这样可以加大反应物的接确面。
框架不再是木材了,而是钢铁,甚至铅板也被铁和钢代替,它们和铅一样可以耐硫酸腐蚀,再加上用耐酸砖或正长石砌成衬里,更加强了耐腐蚀性能。
这样铅室法变成了塔式法,不过硫酸制造的化学原理还是一样的。
接触法制造硫酸的化学原理却不同。接触法也就是触媒法或催化法,是从1831年开始。这一年英国英格兰西南部港口城市布里斯托尔(Bristo1)的一位制醋商菲列普(phi11ips,peregrine)向政府提交一份专利申请,项目是“节省硝石和矾铅室的成本”,内容是利用铂粉作催化剂,使二氧化硫直接被氧气氧化成三氧化硫,然后使三氧化硫溶于水形成硫酸。但是这种方法一时没有立即投入实际生产,因为铂粉很快受二氧化硫中夹带的杂质而失效。直到1875年,一位出生在德国和长期居住在英国的化学家麦塞尔(messe1,Rudo1ph1848—192o)提出先净化二氧化硫和氧气,可以使铂粉在一定期限内保持有效,使二氧化硫和氧气在铂石棉催化下制成so3,并以普通硫酸吸收而制成烟硫酸。1881年英国硫酸制造商斯奎尔(squire.s.)申请这一方法的专利,并建厂生产。麦塞尔参与了工作。
现元素锗的德国化学家温克勒(ink1er,netder1838~19o4)在1875年间也曾进行过so2在铂存在下和氧气化合成so3的实验。
但是铂的价值昂贵和易中毒,促使硫酸制造者们和化学家们寻找更便宜的催化剂。到本世纪2o年代,出现了钒的氧化物、氧化铁等催化剂。现代接触法硫酸制造中几乎都使用钒催化剂了。
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