Big Bang HTL 2, Schulbuch

104 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Der Schwefel wird im Luftüberschuss zuerst zu Schwefel- dioxid verbrannt und dann zu Schwefeltrioxid weiteroxi- diert . Diese zweite Oxidation ist exotherm und das Gleichgewicht liegt durch die hohe Temperatur bei der Schwefelverbren- nung auf der Seite des SO 2 . Bei tieferer Temperatur ver- schiebt sich zwar das Gleichgewicht Richtung SO 3 , aber die Reaktionsgeschwindigkeit ist durch die benötigte Aktivie- rungsenergie zu langsam. Durch die Verwendung eines Katalysators aus Vanadium(V)oxid wird diese gesenkt. Durch Kühlung und Überschuss an Sauerstoff wird das Gleichgewicht Richtung SO 3 verschoben. Das erhaltene Gas wird in einem Absorberkessel mit 95%iger Schwefelsäure berieselt. Diese löst das SO 3 , wel- ches mit dem Wasser zu Schwefelsäure reagiert. Die Schwe- felsäure wird so stärker konzentriert. Auch die Vorgänge im Absorbtionsturm sind exotherm und der Vorgang muss ge- kühlt werden. Eine Reaktion von SO 3 mit reinem Wasser ist nicht möglich, da Schwefeltrioxid in Wasser kaum löslich ist, in konzentrierter Schwefelsäure aber gut. Aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen ist es wich- tig, die Abwärme der drei exothermen Prozesse zu nutzen! 1. Schwefelverbrennung: S + O 2 ® SO 2 Δ H = – 2. Weiteroxidation zu SO 3 : 2SO 2 + O 2 2SO 3 Δ H = – 3. Absorption: SO 3 + H 2 O ® H 2 SO 4 Δ H = – Abb. 8.7: Schwefelsäureherstellung Schwefelsäure wird in geringer Menge auch benötigt, um Kupfer und Zink herzustellen oder Metalloberflächen vor einer weiteren Beschichtung (z. B. mit Zinn bei der Weiß- blechproduktion) zu reinigen . Das wichtige Weißpigment TiO 2 wird aus dem Erz mit Hilfe von Schwefelsäure herausgelöst. Auch die Herstellung eini- ger Kunststoffe (Polyamide) und von Papier benötigt die Schwefelsäure. Sie ist auch ein guter Elektrolyt und wird deshalb für viele Elektrolysen, aber auch in Akkumulatoren (wie z. B. in der Autobatterie) eingesetzt. ( F4 ) In Österreich werden große Mengen an Schwefelsäure auch für die Herstellung von Zitronensäure benötigt (Firma Jung- bunzlauer, Pernhofen, NÖ). Dabei entsteht als Nebenprodukt ein sehr weißer und deshalb bei der Baustoffindustrie sehr beliebter Gips. Die Verwendung von Schwefelsäure ist so vielfältig, dass ihr Verbrauch als Indikator für den Grad der Entwicklung der Chemieindustrie eines Landes gelten kann. Im 20. Jahr- hundert wurde die Schwefelsäureproduktion auch als eine Kennzahl für den Industrialisierungsgrad eines Landes herangezogen. Zusammenfassung Die wichtigen Basen und Säuren werden seit Mitte bis Ende des 19. Jahrhunderts großindustriell hergestellt. Sie alle sind selbst Rohstoffe für unzählige weitere Produkte und die Ba- sis für die industrielle Landwirtschaft. Ammoniak (NH 3 ) wird durch die direkte Reaktion der Elemente hergestellt. Durch geschickte Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts (Temperatur, Druck, Katalysator, Entfernen des Produkts) erhält man eine ausreichende Ausbeute. Aus Ammoniak wird in Folge Salpetersäure (HNO 3 ) gewon- nen. Dies geschieht durch Oxidation zu Stickoxiden und Absorption in Wasser. Auch die Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) wird durch Oxidation und Absorption hergestellt, allerdings ist der Rohstoff das Element Schwefel. Phosphorsäure (H 3 PO 4 ) wird mit Hilfe der Schwefelsäure durch Verdrängung aus dem Salz (Phosphate) hergestellt. Z Beantworte die folgenden Fragen mit Hilfe der Informationen aus dem Buch und dem Internet! Erstelle das Massenwirkungsgesetz der Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid. Erkläre, wie sich ein Überschuss an Sauerstoff auf das Gleichgewicht auswirkt! L Mache eine Liste an Produkten in deinem Leben, für deren Herstellung die wichtigen Säuren und Basen notwendig waren! L 8.1 F5 A1 F6 A1 Verwendung Ammoniumsulfat ist Be- standteil spezieller Dün- gemittel. Der größte Teil der weltweit jährlich 200 Mio. Tonnen hergestellter Schwe- felsäure wird jedoch genutzt, um daraus Phosphorsäure herzustellen. Diese wird im Weiteren vor allem zu Phos- phatdünger (z. B. CaH 2 PO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4 ) weiterverarbeitet. Phosphorsäure findet sich aber auch in vielen Getränken (z. B. Coca Cola). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv