硫的含氧酸與接觸法

如果要你說出產量最大的單一工業化學品，答案是硫酸 H2SO4——一個國家的硫酸產量大致衡量著它的工業活動水平。它是硫的含氧酸中最重要的一個，而通向它的路要經過硫的氧化物和一套精巧的工業流程，叫接觸法。化學的這個角落悄悄支撐著化肥、電池、金屬和現代生活的一大部分。

先從硫的氧化物說起。二氧化硫 SO2 是燃燒硫和火山噴出的那種嗆人氣體；溶於水生成弱酸性的亞硫酸 H2SO3。三氧化硫 SO3 是更高的氧化物；溶於水生成強而重要的硫酸 H2SO4。麻煩在於把 SO2 變成 SO3——這一步很慢，又因為放熱而抗拒加熱。接觸法解決了它：把硫燒成 SO2，然後讓 SO2 和 O2 在精心選定的中等溫度和不高的壓力下通過五氧化二釩（V2O5）催化劑生成 SO3。把 SO3 直接倒進水裡會產生危險的酸霧，於是改為把它吸收進現有的濃 H2SO4 中得到發煙硫酸（oleum），再安全地稀釋成硫酸。硫酸根離子 SO4 2- 是個穩定的四面體，中心硫被四個氧包圍。

硫酸是個有三重人格的工業主力：強酸（放出兩個質子）、強力脫水劑（它能從糖裡奪走水，留下一柱黑色的碳），以及在熱而濃時充當氧化劑。它製造磷肥、煉製石油、酸洗鋼材，並灌進汽車的鉛酸蓄電池。一個有用的誠實要點：接觸法又是一次勒沙特列式的權衡，和哈伯-博施法一樣——高產率想要低溫，可接受的速率想要更高溫，而催化劑加上選定的中間溫度把兩者都買到了，這正是為什麼許多偉大的工業合成在引擎蓋下看起來都很像。