Die Hauptverbindung zwischen Schwefeldioxid und Schwefelsäure besteht darin, dass Schwefeldioxid eine Vorstufe bei der industriellen Herstellung von Schwefelsäure ist. Es gibt zwei industrielle Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, die beide die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid und die anschließende Vereinigung von Schwefeltrioxid mit Wasser zur Bildung der Säure beinhalten. Auch Schwefeldioxid und Schwefelsäure sind ernstzunehmende Schadstoffe. Sie tragen maßgeblich zum sauren Regen bei.
Schwefeldioxid (SO2) – ein stechendes, giftiges Gas – entsteht bei der Verbrennung von Schwefel durch die Reaktion S + O2 → SO2. Es entsteht auch durch die Verbrennung vieler schwefelhaltiger Stoffe, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff und verschiedene organische Schwefelverbindungen, die in fossilen Brennstoffen enthalten sind. Das Erhitzen von schwefelhaltigen Erzen und Mineralien – zum Beispiel Eisenpyrit (FeS2) – ist eine weitere Möglichkeit, das Gas zu erzeugen: 3FeS2 + 8O2 → Fe3O4 + 6SO2. Die Schwefeldioxid- und Schwefelsäureproduktion ist einer der wichtigsten Sektoren der chemischen Industrie und macht den Großteil der weltweiten Schwefelproduktion aus.
Schwefelsäure wurde in frühen Zeiten durch Destillation von Eisen-II-Sulfat oder „grünem Vitriol“ und später durch Erhitzen einer Mischung aus Salpeter (NaNO3) und Schwefel zusammen mit Wasserdampf hergestellt. Im 18. Jahrhundert begann die industrielle Herstellung von Schwefelsäure mit Schwefeldioxid im sogenannten Bleikammerverfahren. Das Schwefeldioxid wurde durch das Verbrennen von Schwefel oder Erhitzen von Eisenkies erzeugt und durch Stickstoffdioxid (NO3) zu Schwefeltrioxid (SO2) oxidiert: SO2 + NO2 → SO3 + NO. Das Stickstoffdioxid für die Reaktion entstand zunächst durch die thermische Zersetzung von Salpeter, später aber durch die Oxidation von Ammoniak mit einem Katalysator. Die Reaktion fand in mit Blei ausgekleideten Kammern statt, in die ein Wasserstrahl geleitet wurde, der das Schwefeltrioxid auflöste, um Schwefelsäure zu bilden, die sich am Boden der Kammer sammelte.
Die Bleikammer-Herstellung wurde inzwischen größtenteils durch das Kontaktverfahren ersetzt. Dadurch wird auf Stickstoffdioxid verzichtet, indem Schwefeldioxid mit Luft zu Schwefeltrioxid umgesetzt wird. Unter normalen Umständen ist diese Reaktion sehr langsam; es verläuft jedoch schnell, wenn ein geeigneter Katalysator verwendet wird. Platin war für diesen Zweck effektiv, aber das moderne Kontaktverfahren verwendet Vanadiumpentoxid.
Schwefeldioxid und Schwefelsäure sind zwar von großer industrieller Bedeutung, aber auch Hauptschadstoffe und die größten Quellen für sauren Regen. In der Luft wird Schwefeldioxid langsam zu Schwefeltrioxid oxidiert, das mit der Feuchtigkeit in der Atmosphäre zu verdünnter Schwefelsäure reagiert. Dieser kann als saurer Regen fallen, der Pflanzen und Steingebäude schädigen kann, oder mit anderen Schadstoffen zu Sulfatpartikeln reagieren, die als Kondensationskeime wirken und bei der Wolkenbildung eine Rolle spielen können.