A SO3 előállítása SO2-ból exoterm folyamat. A reakciót az iparban mégis kb.400-500 °C között végzik. Miért? Hogyan, milyen feltételekkel lehetne a SO3 kitermelését fokozni, és miért?

Ez egy egyensúlyi reakció:

2 SO2 + O2 <===> 2 SO3

Mint tudjuk, ha egy egyensúlyt megzavarunk, akkor olyan új egyensúly áll be, ami a zavarást csökkenti. Mivel a reakció exoterm, ezért hőt termel. Tehát alacsony hőmérséklet kedvez neki. Joggal kérdezed, miért kell 500 fokon végezni, miért nem lehet szobahőfokon. Hiszen az olcsóbb is lenne (nem kéne fűteni) és eltolná az egyensúlyt a számomra kedvező irányba. Na ja, csakhogy ennek a reakciónak elég nagy az energiagátja. Ha túl hideg a reakcióelegy, akkor egyszerűen nem történik semmi. A molekulákkal elég sok energiát kell közölni ahhoz, hogy reagálhassanak. Az iparhoz képest ez az 500 fok még így is alacsonynak számít. Viszont a kedvezőtlen hőmérséklet miatti egyensúlyeltolódást azért számos módon lehet kompenzálni. Ez egy molszámcsökkenéssel járó reakció mert 3 molekulából 2 lesz. Ilyen esetben a nyomás emelése kedvez a gázreakcióknak. Ráadásul ha az egyik kiindulási anyag koncentrációját növelem, akkor a rendszer úgy válaszol, hogy azt csökkentse. Hogyan csökkentheti a reakció a kiindulási anyag mennyiségét? Hát több terméket képez, ami nekem jó. Tehát ha több oxigéngázt vezetek be, nő a nyomás is és a egyik kiindulási anyag koncentrációja is. Lehetne SO2-t is bevezetni, de mindig az olcsóbbikat szokták nagy feleslegben venni, a másikat fokozatosan adagolják. Végül a termék elvételével is eltolhatom az egyensúlyt. Ezt nehéz megvalósítani, hiszen 3 gáz közül ki kell választanom a kén-trioxidot és csak azt az egyet kivenni. Ha történetesen kénsavgyártáshoz kell a kén-trioxid, akkor jó megoldás, ha vízbe vezetem a gázokat. Igaz, akkor a kén-dioxid is elreagál (kénes savat képez), de a kénes sav ugyanúgy tud oxidálódni kénsavvá, ahogyan a kén-dioxid kén-trioxiddá. Tehát ha az oxigéngázt átbuborékoltatom a vízen, akkor ilyen módon is eltolható az egyensúly. Ha vízmentes kén-trioxidot akarok gyártani, akkor ezt nem alkalmazhatom. Esetleg valami sűrűségkülönbségen alapuló elválasztást tudnék elképzelni, esetleg cseppfolyósítani az elegyet és forrpontkülönbség alapján szétdesztillálni. Jobb tippem nincs. De az oxigénfelesleg bőven elég egyébként, már csak azzal az egy paraméterrel jól eltolódik az egyensúly.

Annyival egészíteném ki az első válaszolót, hogy iparban a kén trioxidot nem vízben nyeletik el, mivel ez a reakció nagyon exoterm és veszélyes, hanem tömény kénsavban

H2SO4+SO3 <-> H2S2O7

ez is megfordítható reakció egyébként

a dikénsavat, pirokénsavat, vitriolt vagy óleumot (igen ez mind a H2S2O7 neve :D) vízben nyeletik el

H2S2O7+H2O=2H2SO4

és így kapnak kénsavat.

És még annyit, hogy a

2SO2+O2 <-> 2SO3

reakcióhoz vanádium pentaoxid katalizátort használnak, ami növeli a reakciósebességet és csökkenti az aktiválási energiát (V2O5).