Это процесс окисления серы в кислороде, может производиться как с катализатором так и без него, в производственных масштабах используют катализатор для ускорения реакции.
В лабораторных условиях получение оксида серы (IV) производят в специальных герметических колбах, пары серы при вдыхании могут привести к отеку легких, поэтому помещение должно очень хорошо проветриваться.
На рисунке 1 изображена установка для сжигания серы в кислороде с последующим каталитическим окислением образовавшегося оксида серы (IV) в оксид серы (VI).
Кислород поступает через газоотводную трубку 1 из газометра. Ток газа легко регулируется с помощью кранов 2 (могут быть заменены резиновыми трубками с зажимами).
Нагретая сера в фарфоровой лодочке (или осколке фарфоровой посуды) 3 загорается, и ее помещают в трубку, где она горит в токе кислорода.
Образующийся оксид серы (IV) и избыток кислорода по трубке 4 поступают в трехгорлую склянку 5 с концентрированной серной кислотой, где эти газы осушаются и смешиваются друг с другом и направляются в трубку 6 с катализатором 7.
Рис. Установка для получения оксида серы (IV) и окисления его в присутствии катализатора: 1—газоотводная трубка от газометра, 2 — краны, 3 — фарфоровая лодочка, 4— Г-образная газоотводная трубка, 5 — трехгорлая склянка, 6 — трубка-реактор, 7 катализатор. 8 — дугообразная трубка, 9 — стакан с охлаждающей смесью.
Оксид серы (VI) собирается в трубке 8, охлаждаемой смесью снега с солью 9.
В качестве катализатора окисления SО2 в SО3 служит не только оксид ванадия (V), используемый в промышленности, но и оксид железа (III), оксид хрома (III) и др.
Достаточно активный катализатор — свежеприготовленный оксид хрома (III). Его получают путем прокаливания кусков пористой керамики, предварительно пропитанной раствором дихромата аммония (МNН4)2Сr2O7.
Удовлетворительные результаты получают, если взять в качестве катализатора кусочки красного кирпича, в котором содержится оксид железа (III) на силикатном носителе или смесь оксида железа (III) со стеклянной (или асбестовой) ватой.
Более активный катализатор получают пропитыванием асбестовой ваты раствором железного купороса с последующим высушиванием и прокаливанием.
Для окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI) очень часто используют трубчатые реакторы с электрическим нагревом.
Один из вариантов такой установки изображен на рисунке 2.
Оксид серы (IV) получают в колбе-реакторе 1 действием серной кислоты (в воронке 2) на сульфит натрия.
Смесь оксида серы (IV) и кислорода после очистки и осушки в склянках 3 (конц. H2SO4) и 4 (с ватой) поступает в реактор 5.
Рис.2. Установка для каталитического окисления оксида серы (IV) в трубке с электронагревом:
1 — колба-реактор, 2 — капельная воронка, 3, 4 — проливные склянки, 5 — трубка-реактор, 6 — металлическая спираль, 7 — приемник, 8 — стакан со льдом, 9 — пробирка с раствором хлорида бария, 10 — пробирка с концентрированной серной кислотой.
При пропускании смеси оксида серы (IV) и кислорода над нагретой докрасна металлической спиралью 6 через небольшой промежуток времени можно наблюдать в приемнике 7 (в стакане 8 со льдом) туман.
Состоящий из оксида серы (VI) (точнее, мельчайших капель серной кислоты). Металлическая спираль, покрытая слоем оксидов, оказывает каталитическое действие.
Постепенно туман заполняет приемник, и дальше он проходит через раствор хлорида бария, но частично поглощается концентрированной серной кислотой.
В пробирке над раствором хлорида бария содержится больше тумана, чем в пробирке с концентрированной серной кислотой.
Образование тумана происходит более интенсивно, если между витками накаленной спирали поместить кусочки красного кирпича или другого катализатора.
При длительном процессе с активными катализаторами можно получить оксид серы (VI) в жидком состоянии, а при сильном охлаждении приемника — и в твердом состоянии: в виде шелковистых нитей.
Приемник оксида серы (IV) должен быть расположен вверх дном, потому, что в процессе реакции происходит образование газа, который должен накапливаться в верхней части приемника.
Если приемник расположить вниз дном, то газ будет выходить из приемника, что приведет к неверным результатам эксперимента.
Оксид серы IV можно получить четырьмя способами:
1) Обжиг сульфидов: ZnS + O2 = ZnO + SO2
2) Сжигание серы в кислороде: S + O2 = SO2
3) Обработка солей сернистой кислоты минеральными кислотами: Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + SO2 + H2O
4) Окисление металлов концентрированной серной кислотой: Cu + 2H2SO4 (конц.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O.
Вычислите массу серы, необходимую для получения оксида серы (IV) количеством вещества 4 моль (S + O2 = SO2).
N(S) = n(SO2) = 4 моль m(S) = 4 Х 32 = 128 г.
Ответ: m(S) = 128 г.