【授業実況】2025/08/30 硫酸の接触法と工業的製法の計算【高校化学・入試頻出】

この記事を読んでわかること

• 硫酸製造の接触法の反応過程
• 触媒酸化バナジウムの役割を理解
• 物質量計算の係数比を使える
• 濃硫酸の安全な希釈方法を説明できる
• 工業的製法の入試出題形式を把握

要約

要約：硫酸の接触法は、S→SO₂→SO₃→H₂SO₄の流れを押さえることがポイント。酸化バナジウム(V₂O₅)が触媒として働く。工業的製法の計算は「係数比で順に換算」するのが基本で、例題を通じて入試問題に対応できるようになる。さらに、濃硫酸の取り扱いでは「水に硫酸を加える」安全ルールが必須である。

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📘 導入：工業的製法は入試の定番テーマ

「接触法って、反応式を丸暗記しないといけないの？」と不安になる人が多いです。しかし、SからH₂SO₄までの流れさえ押さえれば、式はその場で書けるようになります。この記事では、接触法の仕組みと計算方法を例題つきで整理します。

📘 硫酸の接触法の流れ

工業的製法の中でも代表的なのが硫酸の接触法です。反応の骨子は次の通りです。

S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄

触媒には酸化バナジウム（V₂O₅）が使われます。装置図を覚えるより、この流れを理解することが重要です。

💡今日の学び：ゴール（H₂SO₄）とスタート（S）を結ぶ「中間物質」をセットで覚えると暗記が楽になります。

📘 工業的製法の計算パターン

工業的製法の計算は次の2パターンで出題されます。

• 原料から得られる製品の質量を求める
• 製品を得るのに必要な原料の量を求める

📘 例題：16kgの硫黄から得られる硫酸

流れは次の通りです。

• 硫黄の物質量を求める
• 係数比をもとにSO₂ → SO₃ → H₂SO₄へ換算
• 98%硫酸としての質量を算出

この手順で計算すると、16kgの硫黄からおよそ50kgの98%硫酸が得られます。

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高校化学が苦手でも「原子からモル計算」まで基礎を整理したい人へ

📘 接触法の反応と計算の流れ

📘 濃硫酸の安全な取り扱い

希釈するときは必ず「水に硫酸を少しずつ加える」ことが鉄則です。理由は以下の通りです。

• 水が少量だと、発生した熱が集中して危険
• 水蒸気が発生し飛び散る危険性がある
• 大量の水に硫酸を加えると熱が分散して安全

📘 工業的製法計算のモル換算の流れ

💡ヒント

💡ヒント：
逆に「硫酸に水を加える」と書いてしまう誤答が多いので注意。

📘 演習問題

問題1
硫黄32.0gから得られる98%硫酸の質量を求めよ。

問題2
目標：硫酸98.0gを製造するには硫黄が何g必要か。

問題3（応用）
SO₂ 44.8L（標準状態）から得られるH₂SO₄の質量を求めよ。

（いずれも係数比・モル計算を用い、途中式と検算を記載すること。）

📘 解答1：硫黄32.0 gから得られる98%硫酸の質量

1. Sの物質量（mol) = 32.0 g ÷ 32 g/mol = 1.00 mol
2. H₂SO₄の物質量（mol) = 1.00 mol
3. H₂SO₄の質量（g) = 1.00 mol × 98 g/mol = 98.0 g
4. 溶液の質量 = 98.0 ÷ 0.98 = 100 g

▶ 答え：100 g の 98%硫酸

📘 解答2：98%硫酸 98.0 g を作るのに必要な硫黄の質量

1. 質量(pure) = 98.0 × 0.98 = 96.04 g
2. 物質量(H₂SO₄) = 96.04 ÷ 98 = 0.980 mol
3. 物質量(S) = 0.980 mol
4. 質量(S) = 0.980 × 32 = 31.36 g

▶ 答え：31.4 g の硫黄

📘 解答3（応用）：SO₂ 44.8 Lから得られるH₂SO₄

1. 物質量(SO₂) = 44.8 ÷ 22.4 = 2.00 mol
2. 物質量(H₂SO₄) = 2.00 mol
3. 質量 = 2.00 × 98 = 196 g
4. 溶液質量 = 196 ÷ 0.98 = 200 g

▶ 答え：純H₂SO₄ 196 g（= 98%硫酸 200 g）

📘 まとめ

硫酸の接触法は「流れと触媒」を理解すれば暗記に頼らずに説明できます。計算問題は「係数比で順番に換算する」ことが鉄則です。さらに、実験操作としての「水に硫酸を加える」安全ルールは入試でも問われやすいため、必ず整理しておきましょう。

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