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Schwefelsäureherstellung

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Die Autor*innen
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André Otto
Schwefelsäureherstellung
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Beschreibung Schwefelsäureherstellung

In diesem Video werdet ihr detailliert in die Schwefelsäureherstellung eingeführt. Im ersten Teil wird die Schwefeldioxidherstellung durch die Verbrennung von Schwefel oder durch das Rösten von Pyrit. erläutert. Der Zweite Schritt der Schwefelsäureherstellung beinhaltet die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid. Euch wird beigebracht beigebracht wie der Katalysator in diesen Prozess funktioniert. Zudem erfahrt ihr was ein Säureanhydrit ist. Im letzten Schritt wird die Schwefelsäureherstellung durch das Einleiten des hergestellten Schwefeltrioxids in Wasser und die auftretenden Effekte gezeigt.

Transkript Schwefelsäureherstellung

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es wieder um die Chalkogene, die Elemente der VI. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Wir befassen uns heute mit: Schwefelsäure Es geht speziell um die Herstellung der Schwefelsäure. Schwefelsäure hat die chemische Formel H2SO4. Bei ihrer Herstellung gibt es mindestens vier größere Probleme. Als erstes muss man in der Lage sein, Schwefeldioxid SO2 herzustellen.

Zweitens die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid gestaltet sich nicht trivial.

Als drittes benötigt man für diese Reaktion einen geeigneten Katalysator und

viertens, die Herstellung von Schwefelsäure aus Schwefeltrioxid und Wasser ist ebenfalls nicht trivial. 1. Die Herstellung von Schwefeldioxid (SO2), wenn Schwefeldioxid nicht ohnehin vorhanden ist, so kann man es a) durch die Verbrennung von Schwefel gewinnen S plus O2 reagieren zu SO2. Das Reaktionsprodukt ist gasförmig und kann in Druckbehältern transportiert werden. Alternativ dazu ist. b) das Rösten von Pyrit möglich 4FeS2 (das ist Pyrit) plus 11O2 reagieren zu 2Fe2O3 plus 8SO2. 2. Die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid Zwischen Schwefeldioxid und Sauerstoff auf der einen Seite und Schwefeltrioxid bildet sich ein chemisches Gleichgewicht aus. 2SO2 plus O2 stehen im chemischen Gleichgewicht mit 2SO3. Für die Reaktion benötigt man einen Katalysator. Man verwendet dafür: V2O5 Vanadiumfünfoxid - Die Temperaturen sind relativ hoch, sie sollten zwischen 400 und 700 °C liegen. Es bildet sich das Schwefelsäureanhydrid, so wird auch SO3 Schwefeltrioxid bezeichnet. Ein Säureanhydrid ist eine chemische Verbindung, die mit Wasser eine Säure ergibt. 3. Die Wirkungsweise des Katalysators V2O5 enthält Sauerstoff in der höchsten Oxidationsstufe des Vanadiums 5. Daher ist dieses Oxid in der Lage, Sauerstoff in elementarer Form abzugeben. V2O5 reagiert zu V2O4 plus O. Der entstandene, atomare Sauerstoff ist chemisch sehr aktiv. Er reagiert mit Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid.

SO2 plus O reagieren zu SO3. Das Oxid V2O4 kann seinerseits mit dem Sauerstoff der Luft reagieren V2O4 plus O2 reagieren zu V2O5 und das ursprüngliche Oxid ist wieder entstanden. Gleichzeitig entsteht aktiver Sauerstoff O, der wieder in die Reaktion einsteigen kann -und so weiter-.

Wir halten die zwei Namen fest: 1 ist V2O5, das ist Vanadiumfünfoxid und 2, das ist V2O4, das ist Vanadiumvieroxid. Als 4. besprechen wir die Bildung der Schwefelsäure. Das Schwefelsäureanhydrid SO3 reagiert mit Wasser zu H2SO4 Schwefelsäure.

SO3 plus H2O reagieren zu H2SO4. Da es bei dieser Reaktion einige Probleme gibt, lässt man die Schwefelsäure mit einem weiteren Molekül Schwefeltrioxid reagieren.

Zweite Gleichung: SO3 plus H2SO4 reagieren zu H2S2O7 - Diese Verbindung heißt: Dischwefelsäure - sie reagiert mit Wasser besser, als Schwefeltrioxid H2S2O7 plus H2O reagieren zu 2H2SO4 und Schwefelsäure hat sich gebildet. Das Verfahren nennt man: Kontaktverfahren - Ein Kontakt ist ein Katalysator. In der ersten Stufe stellen wir Schwefeldioxid entweder aus der Reaktion von schwefelnden Sauerstoff oder durch Abrösten von Pyrit her. Schwefeldioxid reagiert mit Sauerstoff in Anwesenheit des Katalysators Vanadiumfünfoxid bei relativ hohen Temperaturen zu Schwefeltrioxid. Schwefeltrioxid reagiert mit Wasser zu Schwefelsäure. Schwefelsäure reagiert mit weiterem Schwefeltrioxid zu Dischwefelsäure, Dischwefelsäure reagiert mit weiterem Wasser zu Schwefelsäure. Ich bedanke mich für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute! Auf Wiedersehen!

       

1 Kommentar

1 Kommentar
  1. Danke hat sehr weitergeholfen ;)

    Von S Ravi, vor mehr als 9 Jahren

Schwefelsäureherstellung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Schwefelsäureherstellung kannst du es wiederholen und üben.
  • Ekläre die Schritte der Herstellung von Schwefelsäure.

    Tipps

    Warum wird die chemische Reaktion nicht beendet, wenn $SO_3$ mit $H_2O$ reagiert?

    Zuerst müssen die Ausgangsstoffe für die eigentliche Herstellungsreaktion von Schwefelsäure hergestellt werden.

    Lösung

    Schritte der Schwefelsäureherstellung:

    • 1. Herstellung von $SO_2$
    • 2. Oxidation von$SO_2$ zu $SO_3$ durch den Katalysator $V_2O_5$
    • 3. Reaktion von $SO_3$ und $H_2O$ zu $H_2SO_4$
    • 4. $H_2SO_4$ mit $H_2SO_4$ zu Dischwefelsäure
    • 5. Reaktion von Eischwefelsäure und Wasser zu Schwefelsäure.
    Die Herstellung von Dischwefelsäure ist ein wichtiger Schritt, da sich $SO_3$ nur schwer in Wasser löst, jedoch gut in $H_2SO_4$. Die Dischwefelsäure ist sehr gut in Wasser löslich. Durch diesen Zwischenschritt erhält man eine wesentlich höhere Ausbeute, als wenn man versuchen würde, nur $SO_3$ und Wasser zu mischen.

    Verwendung Schwefelsäure zählt zu den wichtigen chemischen Grundstoffen unsere Zeit. Sie wird häufig in großen Mengen mit Hilfe des Kontaktverfahrens hergestellt. Mit Schwefelsäure wird zum Beispiel Düngemittel hergestellt. Auch beim Herauslösen von Mineralien, wie Zinkoxiden oder Titanoxiden, findet die Säure Verwendung. In Bleiakkus befindet sich ebenfalls Schwefelsäure. Sie ist wichtig für den Elektronentransfer innerhalb des Akkus.

  • Vervollständige die Reaktionsgleichungen für die Herstellung von Schwefeldioxid.

    Tipps

    Was entsteht beim Rösten von Pyrit?

    Auf der Seite der Ausgangsstoffe müssen genauso viele Atome einer Sorte sein wie auf der Seite der Produkte.

    Lösung

    Viele natürlichen Mineralien, wie zum Beispiel Pyrit, enthalten Schwefel. Auch in Kohle und anderen fossilen Brennstoffen kann Schwefel enthalten sein. Durch starkes Erhitzen oder Verbrennen lösen sich Schwefelatome aus ihren festen Verbindungen und reagieren mit Sauerstoff zu $SO_2$.

    In der Nähe von Vulkanen oder heißen Quellen findet man oft nur leicht verunreinigten Schwefel. Dieser kann direkt abgebaut und verbrannt werden.

  • Gib an, wo Schwefel in der Natur vorkommt.

    Tipps

    Bei der Verbrennung von Kohle wird $SO_2$ frei.

    Woraus besteht Muschelkalk?

    Baryt ist ein schwerlösliches Sulfat.

    Lösung

    Reiner Schwefel kann in der Natur gefunden werden. Er wird an Schwefelquellen oder in der Nähe von Vulkanen abgebaut.

    Kohle enthält oft auch kleine Anteile von Schwefel. Da Schwefeldioxid in der Luft zu saurem Regen führen kann, müssen Kohlekraftwerke einen speziellen Filter besitzen, der das Schwefeldioxid daran hindert, in unsere Atemluft zu gelangen.

    Viele Mineralien enthalten Schwefel. Pyrit ($FeS_2$) kennst du schon.
    Weitere Beispiele sind:

    • Zinkblende: $ZnS$
    • Blei(II)-sulfid:$PbS$
    • Baryt: $Ba(SO_4)$
  • Benenne die Faktoren, die bei der Reaktion von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid die Ausbeute erhöhen.

    Tipps

    Endotherme Reaktionen werden durch eine hohe Temperatur begünstigt.

    Die Entnahme eines Produktes begünstigt die Synthese von diesem.

    Gase nehmen bei gleicher Temperatur, etwa einen gleich großen Raum ein. Daher gibt die Anzahl der Gasteilchen vor und nach der Reaktion, Aufschluss darüber, wie sich räumliche und thermische Veränderungen auswirken.

    Lösung

    Als chemisches Gleichgewicht folgt die Reaktion dem Prinzip von Le Chatelier (Prinzip vom Kleinsten Zwang):
    Wird auf ein chemisches Gleichgewicht durch Änderung der äußeren Bedingungen (Stoffkonzentration, Druck, Temperatur) ein Zwang ausgeübt, so stellt sich ein neues Gleichgewicht ein, das dem Zwang entgegenwirkt.

    Bei der Verbrennung von $SO_2$ wird Wärmeenergie frei, es ist also eine exotherme Reaktion. Um die Bildung von $SO_3$ zu begünstigen, ist also eine niedrige Temperatur vonnöten. Allerdings würde sich dadurch auch die Reaktionsgeschwindigkeit verringern. Aus diesem Grund wird eine höhere Temperatur genutzt und zusätzlich ein Katalysator, wie Vanadiumpentoxid, eingesetzt. Der Katalysator beeinflusst die Lage des Gleichgewichts dabei nicht, er beschleunigt nur die Reaktion.

    Als weitere Maßnahme wird Sauerstoff ständig nachgeführt, um die Konzentration möglichst hoch zu halten. Schwefeltrioxid wird aus der Reaktion entfernt. Durch diese Maßnahmen wird die Bildung des Produkts begünstigt.

    Da auf Seiten der Edukte nur Gase vorliegen und auf der Seite der Produkte ein Feststoff vorliegt, kann die Ausbeute durch Erhöhung des Drucks gesteigert werden.

  • Formuliere die Reaktionsgleichungen mit einem Katalysator am Beispiel des Vanadium-(V)-Oxids.

    Tipps

    Wieviel Sauerstoff fehlt, um aus $SO_2$, $SO_3$ zu machen?

    Was muss mit $V_2O_4$ reagieren, damit am Ende der Reaktion wieder $V_2O_5$ entsteht?

    Lösung

    Die Grundmerkmale von Katalysatoren sind:

    • Es werden neue, ernergieärmere Reaktionswege eingegangen.
    • Die Reaktion wird beschleunigt.
    • Katalysatoren sind selektiv (bestimmte Reaktionen benötigen bestimmte Katalysatoren).
    • Sie liegen nach der Reaktion unverändert vor.
    • Sie verändern die Lage des Gleichgewichts nicht.
    Vanadiumpentoxid: Als Katalysator wird $V_2O_5$ für die Herstellung von Schwefelsäure verwendet. Des Weiteren wird es als Katalysator bei der Rauchgasentschwefelung von Müllverbrennungsanlagen verwendet und ebenfalls als Katalysator in der Emailleherstellung genutzt.

    Trotz dieser nützlichen Verwendungsweisen gilt $V_2O_5$ als giftiger und umweltschädlicher Gefahrenstoff.

  • Erkläre die Entstehung von saurem Regen.

    Tipps

    Welche Säure kann aus Schwefeldioxid entstehen, die der Schwefelsäure sehr ähnlich ist?

    Woraus bestehen Regenwolken?

    Lösung

    Saurer Regen ist schädlich für die Natur und Gebäude.

    In der Natur kommt es bei saurem Regen zur Übersäuerung des Bodens. Dadurch sterben viele Pflanzen. Saurer Regen zerstört außerdem viele Denkmäler. Selbst der wetterbeständige Marmor wird von saurem Regen angegriffen.

    Viele Kohlekraftwerke haben deshalb spezielle Filter, die $SO_2$ und viele anderen giftige Abgase filtern.

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