硫的含氧酸与接触法

如果要你说出产量最大的单一工业化学品，答案是硫酸 H2SO4——一个国家的硫酸产量大致衡量着它的工业活动水平。它是硫的含氧酸中最重要的一个，而通向它的路要经过硫的氧化物和一套精巧的工业流程，叫接触法。化学的这个角落悄悄支撑着化肥、电池、金属和现代生活的一大部分。

先从硫的氧化物说起。二氧化硫 SO2 是燃烧硫和火山喷出的那种呛人气体；溶于水生成弱酸性的亚硫酸 H2SO3。三氧化硫 SO3 是更高的氧化物；溶于水生成强而重要的硫酸 H2SO4。麻烦在于把 SO2 变成 SO3——这一步很慢，又因为放热而抗拒加热。接触法解决了它：把硫烧成 SO2，然后让 SO2 和 O2 在精心选定的中等温度和不高的压力下通过五氧化二钒（V2O5）催化剂生成 SO3。把 SO3 直接倒进水里会产生危险的酸雾，于是改为把它吸收进现有的浓 H2SO4 中得到发烟硫酸（oleum），再安全地稀释成硫酸。硫酸根离子 SO4 2- 是个稳定的四面体，中心硫被四个氧包围。

硫酸是个有三重人格的工业主力：强酸（放出两个质子）、强力脱水剂（它能从糖里夺走水，留下一柱黑色的碳），以及在热而浓时充当氧化剂。它制造磷肥、炼制石油、酸洗钢材，并灌进汽车的铅酸蓄电池。一个有用的诚实要点：接触法又是一次勒沙特列式的权衡，和哈伯-博施法一样——高产率想要低温，可接受的速率想要更高温，而催化剂加上选定的中间温度把两者都买到了，这正是为什么许多伟大的工业合成在引擎盖下看起来都很像。