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現在高校2年生で、化学の授業で接触式硫酸製造法について学びました。
三酸化硫黄を濃硫酸中の水に吸収させて発煙硫酸を作り、それを希硫酸中に加えることにより必要な濃硫酸を製造するとのことですが、いきなり水の中に三酸化硫黄はうまく溶かせないというのはわかるのですが、なぜわざわざ一度発煙硫酸にして、それから希硫酸中に加えるようにするのですか?そもそも、このときの反応というのはどのようなものなのでしょうか。
また、先生はこの際ひょっとすると発煙硫酸中のピロ硫酸が加水分解して直接硫酸ができているかもしれない(あくまで個人の推測だそうですが)といっていたのですが、もしこの反応が発生するのであれば、分子・電子の動きを教えてください。
質問の文章が乱雑で申し訳ありませんが、テストも近くてとても困っています。どうかご教授ください。

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A 回答 (2件)

大学院で化学工学(実際の化学品製造に使う装置やプラントを設計する学問)を専攻している者です.以下,わかる範囲でお答えさせていただき

ます.回答(1)「なぜ発煙硫酸を経由するのか?」→三酸化硫黄は気体なので,これを液体(硫酸)に吸収させる必要がありますが,生産性を考えると,三酸化硫黄にとって一番吸収速度が大きくとれる最適な吸収液を用いる必要があります.当時の研究者や技術者がいろいろ研究した結果,98.5%程度の濃硫酸が最適な吸収液であることを発見しました.これを用いると,発煙硫酸が生成しますが,これはこれで使い道があるので,一部を回収して製品としています(もう一部は通常の硫酸製造に使う).まとめると,(1)最適な吸収液を用いると,きまって発煙硫酸が生成するから,(2)発煙硫酸も同時に製造したいから,ということになります.尚,その後の希硫酸との混合は,規格(JIS等)によって決められている製品硫酸濃度に調整するために行われます.回答(2)「ピロ硫酸の加水分解メカニズムとは?」→発煙硫酸は,濃硫酸に三酸化硫黄をさらに溶かした液体混合物(気体ではない)の名称であり,単一の化合物ではありません.王水(濃硝酸と濃塩酸の液体混合物)と同じです.液体混合物である発煙硫酸の内訳は,ピロ硫酸(二硫酸ともいう,化学式H2S2O7),液中に遊離した三酸化硫黄,濃硫酸であり,ピロ硫酸が主成分です.辞典で調べたところ,ピロ硫酸は加水分解しやすい物質であることから,先生のおっしゃる通り,希硫酸中の水により硫酸が直接生成しているものと思われます.この場合の反応式は,H2S2O7 + H2O → 2H2SO4 です.ピロ硫酸は,二硫酸という別名にもある通り,2モルの硫酸分子の間から水がとれる,いわゆる,分子間脱水縮合という反応を経由して生成しているのでしょう.加水分解は,ちょうどこの反対にあたる反応です.以上,まとまりの無い説明をえんえんとしてしまいましたが,ご納得いただけましたでしょうか?それにしても,deiko-さん,よく勉強していらっしゃいますね.そうでないと中々出ない質問だと思います.テスト勉強,頑張って下さい.
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この回答へのお礼

発煙硫酸にするのは、その発煙硫酸自体を製品とすることを除けば、基本的には効率よく吸収させようとするときに勝手にできてしまうだけだったんですね。発煙硫酸にはどんな使い道がるのかもまた調べたいです。
先生は発煙硫酸は三酸化硫黄とピロ硫酸ができる反応の平衡状態にあるとおっしゃっていましたが、そもそもそのピロ硫酸自体が分子間脱水縮合からできているとは・・・頭の中で整理ができました。
とても助かりました、詳しい回答ありがとうございます。

お礼日時:2008/02/23 08:24

ピロ硫酸はピロリン酸同様酸の無水物です。


HO-SO2-O-SO2-OH(ピロ硫酸) + H2O → 2H2SO4

wikiによれば「硫酸と三酸化硫黄とが等モル混合している発煙硫酸(およそ45%w/w)の主成分は二硫酸(ピロ硫酸)H2S2O7であることが知られている。」↓
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BA%E7%85%99% …
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この回答へのお礼

やはり、幾分かはピロ硫酸が直接硫酸へと加水分解されているんですね。
早速の回答ありがとうございました。

お礼日時:2008/02/23 08:03

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Q発煙硫酸に水は含まれるか?

(市販の)発煙硫酸の内容成分について質問があります。

発煙硫酸は、wikipediaによると、
「濃硫酸に過剰の三酸化硫黄を吸収させたもの」
とあります。

「濃硫酸」は90%以上の硫酸水溶液であったと思います。
ということは、発煙硫酸には系内に水が微量に含まれるということでよいのでしょうか?

たとえば、30.0%の三酸化硫黄を含む発煙硫酸の場合、
濃硫酸の濃度を96.0%とおくと、

質量比にして
三酸化硫黄(SO3):30.0%
硫酸(H2SO4):0.700×0.960=0.672→67.2%
水(H2O):0.700×0.040=0.028→2.8 %

すなわち2.8 wt%の水が含まれると考えてよいのでしょうか?

また、これが正しい場合この量を検討しておく場合は
濃硫酸96%とでもおいておけば妥当でしょうか?

試薬ビンのラベルには H2SO4・xSO3  三酸化硫黄30%  とのみ書いてあったり、
yahoo知恵袋で、濃度計算の質問で硫酸を70%として回答していた例があったりしましたので
心配になり質問させていただきました。

ついでですが、発煙硫酸の発煙しているのは何が気化(完全な気体じゃないかもしれませんが)しているのかも教えてくださると幸いです。

よろしくお願い致します。

(市販の)発煙硫酸の内容成分について質問があります。

発煙硫酸は、wikipediaによると、
「濃硫酸に過剰の三酸化硫黄を吸収させたもの」
とあります。

「濃硫酸」は90%以上の硫酸水溶液であったと思います。
ということは、発煙硫酸には系内に水が微量に含まれるということでよいのでしょうか?

たとえば、30.0%の三酸化硫黄を含む発煙硫酸の場合、
濃硫酸の濃度を96.0%とおくと、

質量比にして
三酸化硫黄(SO3):30.0%
硫酸(H2SO4):0.700×0.960=0.672→67.2%
水(H2O):0.700×0.040=0.028→2.8 %

すなわち2.8 ...続きを読む

Aベストアンサー

水は無いものとしていいのではないでしょうか。

硫酸は三酸化硫黄を水に溶かして作ります。
SO3+H2O→H2SO4

市販の96%の硫酸はこれで作っているはずです。
これ以上濃くするにはどうしたらいいのかというところで出てきたのが余分にSO3を溶かしこんでしまう(押し込んでしまう)ということでしょう。
無理に押し込んでしまえばSO3はH2Oと反応してH2SO4になります。
元々水は数%しか含まれていなかったのですから30%もSO3を加えれば水はすぐになくなります。
H2SO4とSO3の混合物になります。(H2S2O7ができていると書いてある本もあります。)
固体の融点、密度、結晶構造が分かっているのですから100%の硫酸は存在します。ただこの混合物の状態は熱力学的な安定状態ではありませんので余分なSO3が徐々に出て行ってしまうのでしょう。SO3が出て行ってしまえばH2SO4の一部が分解し始めます。 その落ち着き先は共沸混合物の濃度付近でしょう。

質問者様の2.8%という数字は水は水として存在している、SO3とは反応していないとして求めたものですね。

参考
理化学辞典では「290℃でSO3を発生して分解し始め、約317℃で沸騰する。この組成はSO3 98.54%の共沸混合物である。」
化学辞典では「加熱すると290℃付近からSO3を出して分解を始める。それとともに沸点は315℃から338℃へと上昇する。338℃は98.3%のH2SO4を含む共沸混合物の沸点である。」

・・・・・理化学辞典の記述の方に「?」が付くような気がします。

水は無いものとしていいのではないでしょうか。

硫酸は三酸化硫黄を水に溶かして作ります。
SO3+H2O→H2SO4

市販の96%の硫酸はこれで作っているはずです。
これ以上濃くするにはどうしたらいいのかというところで出てきたのが余分にSO3を溶かしこんでしまう(押し込んでしまう)ということでしょう。
無理に押し込んでしまえばSO3はH2Oと反応してH2SO4になります。
元々水は数%しか含まれていなかったのですから30%もSO3を加えれば水はすぐになくなります。
H2SO4とS...続きを読む

Q蒸気圧ってなに?

高校化学IIの気体の分野で『蒸気圧』というのが出てきました。教科書を何度も読んだのですが漠然とした書き方でよく理解できませんでした。蒸気圧とはどんな圧力なのですか?具体的に教えてください。

Aベストアンサー

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できます。
また、油が蒸発しにくいのは油の蒸気圧が非常に低いためであると説明できます。

さきほど、常温での水の飽和蒸気圧が0.02気圧であると述べましたが、これはどういう意味かと言えば、大気圧の内の、2%が水蒸気によるものだということになります。
気体の分圧は気体中の分子の数に比例しますので、空気を構成する分子の内の2%が水の分子であることを意味します。残りの98%のうちの約5分の4が窒素で、約5分の1が酸素ということになります。

ただし、上で述べたのは湿度が100%の場合であり、仮に湿度が60%だとすれば、水の蒸気圧は0.2x0.6=0.012気圧ということになります。

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できま...続きを読む

Q酸の強さと酸化力について

酸の強さと酸化力について
塩酸は強酸だが酸化力はないと書いてありました。
つまり、酸の強さと酸化力は関係がないということですよね。

「酸の強さ」とは何によって定まるのかと思い調べたら

「pKaの値が・・・」と出てきましたが、化学Iの理論化学と無機化学が終わった段階なので
これはたぶん習っていません。
何によって酸の強さは決まるのですか?
また、これを習っていない場合、酸の強さは覚えるしかないのでしょうか?
出てくる酸は「塩酸」「硫酸」「硝酸」くらいですが。


酸化力について
これも何によって定まるのかが分かりません。
覚えるものなんでしょうか?

最後に・・・
酸の強さと酸化力について、違いを教えてください。

Aベストアンサー

酸の強さは、水素イオンの濃度の濃さです。pHなどでこれをあらわします。

酸化力とは反応物を酸化させる(電子を奪う)力があるものを表します。
酸化力のある酸というのは、水素イオンと対になっている部分のイオンに酸化力があるものを示します。
たとえば、塩酸であれば塩化物イオンCl-がそれに該当しますが、これは酸化反応を起こしません。(反応時に反応物から電子を奪わない。)なので、塩酸は酸ではある(水に溶かすと水素イオンを出す)が、酸化力はありません。
しかし、硝酸や熱濃硫酸の場合は、硝酸イオンなどが反応物を酸化させる(反応物から電子を奪う)い、なおかつ水溶液中で水素イオンを出すので、酸化力がある酸という表現を使います。

Q両性元素は「何故」両性なのです?

はじめまして^^;化学を勉強して日が浅い投稿者ですTT

両性元素は「何故」両性なのです?そういうもの…というお約束で覚えないといけませんか?

その他の、両性化合物の水酸化鉛も同じく、何故そうなるかわかりません。共通点などあるのでしょうか?

OHをOHとして放出する物とOとHで放出する化合物、元素がOを強烈にひき付けてると、Hしか放出できないとは思いますが…電気陰性度のちがいでしょうか…COOHのカルボキシル基がOHではなくHしか出せないような物と同じとか(ヒドロキシル基のOHとして機能しない物?)官能基を破壊する反応ってTT(私にはそう見えた);;

?・?・?すみませんTT助けて下さい…

Aベストアンサー

電気陰性度は、異なる種類の元素の原子同士が結合したときに電子をどの程度自分の側に引き付けているかの目安になる数値です。
電気陰性度は周期表の右上に行くほど大きくなります。(ただし、希ガス元素は除きます。これは希ガス元素がほとんど他の元素と反応しない、つまり結合を作らないために、電気陰性度が決められないためです。)
ということはそれぞれの原子と酸素原子の結合を考えると
金属元素は電気陰性度が小さく酸素に完全に電子をとられている(イオン性の結合)
非金属元素は電気陰性度が大きいので電子を酸素と共有している(ただし酸素原子との電気陰性度の差が有るので電子はどちらかの原子に偏っていますが完全にとられることは無い)(共有結合)
ところが両性元素の電気陰性度は中途半端な大きさのため、酸素との結合では、電子は酸素側にかなり偏るが、イオン結合のように完全に酸素にとられてしまっているわけではない状態になります。

また、酸素原子と水素原子の結合を考えると、電気陰性度は酸素の方が大きく、共有結合とはいえ電子は酸素の方にかなり偏っています。

ここで、それぞれの結合の切れやすさを考えると、
(中和反応やら水への溶解やらの反応を考えてください)共有結合は切れにくく、イオン結合は切れやすい。電子の偏りが大きい共有結合は、偏りの小さい共有結合より切れやすく、イオン結合より切れにくい。

X-O-Hこういう分子(あるいは塩)を考えると(-は共有結合ではなく、何でも良いから単に結合してるということを表してると思ってください)
反応したとき、結合の切れやすさの兼ね合いで

Xが金属元素なら X O-H 
Xが非金属元素ではX-O H
Xが両性元素なら・・X-O H か X O-H

のように切れやすいと考えられませんか?
両性元素の場合、X-OとO-Hどっちが切れやすいかははっきりとはいえません(電子の偏り具合にもよるし、反応する相手が酸なのか塩基なのかにもよります)

なぜ両性なのかといわれると電気陰性度が中途半端だからといえるかと思いますが、どの元素がその性質なんだ?というのは(一応周期表の金属元素と非金属元素の境目ということになりますが)覚えるしか無いと思います。
以上長々と済みませんでした。

電気陰性度は、異なる種類の元素の原子同士が結合したときに電子をどの程度自分の側に引き付けているかの目安になる数値です。
電気陰性度は周期表の右上に行くほど大きくなります。(ただし、希ガス元素は除きます。これは希ガス元素がほとんど他の元素と反応しない、つまり結合を作らないために、電気陰性度が決められないためです。)
ということはそれぞれの原子と酸素原子の結合を考えると
金属元素は電気陰性度が小さく酸素に完全に電子をとられている(イオン性の結合)
非金属元素は電気陰性度が大き...続きを読む

Q金属ナトリウムはなぜ灯油中に保存するのか?

タイトル通りです。

忠実に明確に知りたいです。

お願いします。

Aベストアンサー

金属Naの性質
 (1).常温で水と激しく反応して水素を発生し、水溶液はアルカリ
   性になる。 2Na+2H2O→ 2NaOH(Na^+ +OH^-) + H2↑

 (2).空気中に放置すると短時間で表面の光沢を失い、白色の酸化物
   M2Oになる。
  
   以上のことから、通常石油中に保存します。(水分がないこと
   および石油中に沈んで空気接触を防ぐことが出来る)

Qフェノールの酸化

フェノールは酸化されやすいと聞いたのですが、酸化されるとどのような構造になるのですか。そのときの構造が図示されているサイトなどを教えてください。またなぜフェノールは酸化されやすいかについても教えてください。

Aベストアンサー

単純には酸化されません。結構強う遺産化剤が必要です。
塩基性だと反応性が上がります。
ラジカル反応でフェノールの水素が抜かれフェノキシラジカルになるまでは良いのですが、その先がごちゃごちゃで単一生成物になりません。
フェノキシラジカルが安定なのはラジカルがo-とp-に分配されるためです。
単純に考えるとビス(2,5-シクロヘキサジエノン-4-イル)になっても良さそうですが、こいつはまた酸化されて、ジケトンになるはず。

Q電気分解、陽極がCuやAgの場合は陽極が溶解

数研出版の化学重要問題集145番に次のことがかいてありました。

硝酸銀水溶液で、陽極の電極には銀を、陰極の電極には白金を用います。

陰極では、イオン化傾向がH2>Agなので、H+またはH2Oは還元されず、Agが析出する。

Ag+ + e- → Ag

陽極では、電極がCuやAgなどの場合、電極の金属が解ける。

Ag → Ag+ + e-

ここで疑問なのですが、陽極では、

イオン化傾向がH2>Cu>Agなので、AgよりH+またはH2Oが陽イオンになりやすく、

ここでは、2H2O → O2 + 4H+ + 4e-

となると思うのですが。

陽極がCuやAgの場合、(水の分解でなく)陽極の溶解がおこる理由をどうか教えていただけないでしょうか。

Aベストアンサー

ます、電気分解で気体が発生するためには、酸化還元電位だけではなく、
過電圧も必要なので、単純にイオン化傾向だけでは比較できません。

わかりやすい考え方を書いておきます。
(1)MgやZnは塩酸に溶けます。
これら金属のイオン化傾向がHよりかなり大きいからです。
(2)CuやAgは塩酸には溶けませんが、硝酸には溶けます。
これは硝酸によって酸化されるからです。
しかし、硝酸もPtやAuは溶かせません。

酸化されるとは電子を奪われることです。
電気分解の陽極とは電子を奪われる場所です。
ですから、CuとAgは溶けてPtやAuは溶けません。

QHFはなぜガラスを溶かすのか

フッ化水素HFの水溶液は、水素結合のためpHはたいして低くありませんよね。
それに、その還元力もあまり高いようには思えません。
(Fは陰性がかなり高いから、FよりもF-でいる方がエネルギーが低そうだから)
では、どうしてそんなあまりパッとしないHFが、
ガラスを溶かしたり、皮膚を強力に侵したりすることが出来るのですか?

Aベストアンサー

フッ素イオンがガラスを溶かしたり、皮膚を侵したりするのは
『水素イオン濃度指数』や『還元力』とはあまり関係がありません。
フッ素イオンそのものがとても強い求核性 (電子密度が低い
原子(主に炭素・ケイ素)への反応性)を持つためです。

この強い求核性によりガラスを攻撃し、酸素を叩き出して
結合してしまいます。
 SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O

なお、フッ化水素は気体であってもガラスと反応します。
そういう意味でも、水素イオン濃度とは関係が薄いです。

QCuS+HNO3=??

硫化銅は酸化力のある硝酸には溶けると赤本に書いてあったんですけど、
どんな反応をするんですか?

Aベストアンサー

私の愛用文献「辞書式配列化学反応式(旺文社)」←絶版の可能性あり!?によると,

3CuS + 8HNO3 --> 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO + 3S↓

だそうです.本来であればヒントだけ・・・とか思ったんですが,自分自身この反応は聞いたことがなかったので,そんな偉そうなこと言えません.(^^;)> ですので,ちょっぴり解説をば.

Cu単体とHNO3との反応はご存知だと思います.この反応は,
HNO3 --> NO or NO2
Cu --> Cu2+
となり,銅が酸化されています.

一方,CuSとHNO3の場合では,Cu2+はこれ以上酸化されない代わりに,S2-が酸化されます.つまり,
S2- --> S
というわけです.これをもとに考えれば,上のような反応式が作れるでしょう.

Q債務国と債権国

カテ違いかもしれないのですが・・・。
債務国と債権国の意味を教えてください。
辞書引いてみたのですが、よくわからなくて・・・。

Aベストアンサー

債務国とは、他国から借りているお金の方が他国に貸しているお金より多い国です。
債権国はその逆、他国に貸しているお金の方が他国から借りているお金より多い国です。

たとえば我が国の場合、大量の国債を発行していますが、そのほとんどを自国内で持っていて、外国人が持っている分は僅かです。
逆に、米国債権の保有(米国にお金を貸していることになる)や円借款などで他国に貸しているお金は大量にあります。
ですから、日本は債権国、となります。


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