연실법

틀:위키데이터 속성 추적 연실법(鉛室法, lead chamber process)은 황산을 대량제조하는 공정이다. 1746년 잉글랜드 버밍엄에서 존 로벅이 개발했다.

종래에는 황산 제조를 위해 유리 용기를 반응실로 사용해야 했는데, 연실법에서는 아무 용기나 그 안벽을 납으로 도포해서 반응실로 쓰면 되기에 비용이 훨씬 절감되었다. 이후 2세기동안 표준적인 황산 제조법으로 자리잡았고, 1946년에 이르러서도 황산 생산량의 25%가 연실법으로 생산되었다.

화학식

유황을 태우거나 황철광을 구우면 이산화황, 소위 아황산이 발생한다.

${\mathrm{S}}_{\mathrm{8}}\mathrm{+}\mathrm{8}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{8}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{4}\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{1}\mathrm{1}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

초석이 황산에 녹아 분해되거나 니트로실황산이 가수분해되면 이산화질소가 생산된다.

$\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{⟶}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

반응실 안에선 아황산과 이산화질소가 반응용액에 용해된다. 이산화질소는 수화하여 아질산을 만들어내고, 동시에 아황산은 산화된다. 그러면 황산과 산화질소가 된다.

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

$\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{O}$

$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{\uparrow }$

산화질소는 용액 밖으로 빠져나간 뒤 질소 분자에 의해 재산화되어 이산화질소가 된다. 처음과 최종만 쓰면 다음과 같이 되는 것이다.

$\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

제과정에서 산회질소는 반응용액에 흡수되었다가 방출되기를 반복한다. 즉슨 전체 과정에서 촉매의 구실을 하며, 전체 과정은 다음과 같이 된다. 아황산 분자 2개가 물 분자 2개, 산소 분자 1개와 반응하여 황산 분자 2개가 되는 것이다.

$\mathrm{2}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$