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硫酸

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硫酸

  • 所屬分類:一般化學品

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  • 發布日期:2019/05/29
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江蘇英特化學有限公司成立于2011年,是一家從事化學品貿易和倉儲的公司(環氧氯丙烷廠家),長期以來憑著良好的信譽、優良的服務與多家知名光伏企業、大型化工企業建立了長期的合作關系;在工業污水處理、城市污水處理行業樹立了良好的口碑,公司的優質產品、良好的服務得到了業內的廣泛認可,贏得了廣大客戶的信賴和支持。

硫酸_副本.jpg


硫酸(化學式:H2SO4),硫的最重要的含氧酸。無水硫酸為無色油狀液體,10.36℃時結晶,通常使用的是它的各種不同濃度的水溶液,用塔式法和接觸法制取。前者所得為粗制稀硫酸,質量分數一般在75%左右;后者可得質量分數98.3%的濃硫酸,沸點338℃,相對密度1.84。
硫酸是一種最活潑的二元無機強酸,能和絕大多數金屬發生反應。高濃度的硫酸有強烈吸水性,可用作脫水劑,碳化木材、紙張、棉麻織物及生物皮肉等含碳水化合物的物質。與水混合時,亦會放出大量熱能。其具有強烈的腐蝕性和氧化性,故需謹慎使用。是一種重要的工業原料,可用于制造肥料、藥物、炸藥、顏料、洗滌劑、蓄電池等,也廣泛應用于凈化石油、金屬冶煉以及染料等工業中。常用作化學試劑,在有機合成中可用作脫水劑和磺化劑。

物理性質


純硫酸一般為無色油狀液體,密度1.84 g/cm3,沸點337℃,能與水以任意比例互溶,同時放出大量的熱,使水沸騰。加熱到290℃時開始釋放出三氧化硫,最終變成為98.54%的水溶液,在317℃時沸騰而成為共沸混合物。硫酸的沸點及粘度較高,是因為其分子內部的氫鍵較強的緣故。由于硫酸的介電常數較高,因此它是電解質的良好溶劑,而作為非電解質的溶劑則不太理想。硫酸的熔點是10.371℃,加水或加三氧化硫均會使凝固點下降。
濃度的差異
盡管可以制出濃純凈的硫酸,并且室溫下是無限穩定的(所謂的分解成恒沸物的反應發生在接近沸點的高溫之下),但是純硫酸凝固點過高(283.4K),所以為了方便運輸通常制成98%硫酸,故一般所說的“高濃度硫酸”指的便是濃度為98%的硫酸。另外,硫酸在不同的濃度下有不同的應用,以下為一些常見的濃度級別:
H?SO?比重
相應密度(kg/L)
濃度(mol/L)
俗稱
10%
1.07
~1
稀硫酸
29~32%
1.25~1.28
4.2~5
鉛酸蓄電池酸
62~70%
1.52~1.60
9.6~11.5
室酸、肥料酸
98%
1.83
~18
濃硫酸
硫酸亦可被制成其他形態。例如,將高濃度的SO3通入硫酸可制成發煙硫酸,有關發煙硫酸的濃度,人們通常以SO3的百分比作準或者是H2SO4的百分比作準,兩者均可。一般所稱的“發煙硫酸”的濃度為45%(含109%H2SO4)或65%(含114.6% H2SO4)。當SO3與H2SO4比例為1:1產物為焦硫酸(H2S2O7),焦硫酸為固體,熔點為36℃。
極性與導電性
純硫酸是一種極性非常大的液體,其介電系數大約為100。因為它分子與分子之間能夠互相質子化對方,造成它極高的導電性,這個過程被稱為質子自遷移。發生的過程是:
2H2SO4?H3SO4++ HSO4-(主要)
2H2SO4?H3O++ HS2O7-
H3O++H2SO4?H3SO4++ H2O
HS2O7-+H2SO4?HSO4-+ H2S2O7

化學性質


腐蝕性
純硫酸加熱至290℃分解放出部分三氧化硫,直至酸的濃度降到98.3%為止,這時硫酸為恒沸溶液,沸點為338°C。無水硫酸體現酸性是給出質子的能力,純硫酸仍然具有很強的酸性,98%硫酸與純硫酸的酸性基本上沒有差別,而溶解三氧化硫的發煙硫酸是一種超酸體系,酸性強于純硫酸,但是廣泛存在一種誤區,即稀硫酸的酸性強于濃硫酸,這種想法是錯誤的。的確,稀硫酸第一步電離完全,產生大量的水合氫離子H3O+;但是濃硫酸和水一樣,自身自偶電離會產生一部分硫酸合氫離子H3SO4+,正是這一部分硫酸合質子,導致純硫酸具有非常強的酸性,雖然少,但是酸性卻要比水合質子強得多,所以純硫酸的哈米特酸度函數高達-12.0。
在硫酸溶劑體系中,H3SO4+經常起酸的作用,能質子化很多物質產生離子型化合物:
NaCl+ H2SO4==NaHSO4+HCl(不加熱都能很快反應)
  KNO3+ H2SO4→K++HSO4-+HNO3
  HNO3+ H2SO4→NO2++H3O++2HSO4-
  CH3COOH+ H2SO4→CH3C(OH)2++HSO4-
  HSO3F+ H2SO4→H3SO4++SO3F-(氟磺酸酸性更強)
  上述與HNO3的反應所產生的NO2+,有助于芳香烴的硝化反應。
濃硫酸特性
1.脫水性
脫水指濃硫酸脫去非游離態水分子或按照水的氫氧原子組成比脫去有機物中氫氧元素的過程。就硫酸而言,脫水性是濃硫酸的性質,而非稀硫酸的性質,濃硫酸有脫水性且脫水性很強,脫水時按水的組成比脫去。物質被濃硫酸脫水的過程是化學變化,反應時,濃硫酸按水分子中氫氧原數的比(2:1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子或脫去非游離態的結晶水,如五水硫酸銅(CuSO4·5H2O)??杀粷饬蛩崦撍奈镔|一般為含氫、氧元素的有機物,其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質中的有機物,被脫水后生成了黑色的炭,這種過程稱作炭化。一個典型的炭化現象是蔗糖的黑面包反應。在200mL燒杯中放入20g蔗糖,加入幾滴水,水加適量,攪拌均勻。然后再加入15mL質量分數為98%的濃硫酸,迅速攪拌。觀察實驗現象??梢钥吹秸崽侵饾u變黑,體積膨脹,形成疏松多孔的海綿狀的炭,反應放熱,還能聞到刺激性氣體。
C12H22O11==濃硫酸==12C+11H2O
同時進行碳與濃硫酸反應:
C+2H2SO4(濃)==加熱==CO2↑+2SO2↑+2H2O
2.強氧化性
還原產物
濃硫酸由于還原劑的量,種類的不同可能被還原為SO2,S或H2S:
例如,還原劑過量時,HBr,H2S和HI分別將濃硫酸還原為不同物質:
2HBr + H2SO4(濃) = Br2+SO2+ 2H2O
3H2S + H2SO4(濃) = 4S↓+ 4H2O
8HI + H2SO4(濃) = 4I2+H2S+ 4H2O
還原劑量不同時,產物也可能有所不同:
Zn + 2H2SO4(濃) =ZnSO4+SO2↑+ 2H2O
3Zn + 4H2SO4(濃) = 3ZnSO4+S+ 4H2O
4Zn + 5H2SO4(濃) = 4ZnSO4+H2S↑+ 2H2O
相關反應
(1)與金屬反應
①常溫下濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。②加熱時,濃硫酸可以與除銥,釕之外的所有金屬(包括金,鉑)反應,生成高價金屬硫酸鹽,本身被還原成SO2,S,H2S或金屬硫化物。
Cu+2H2SO4(濃)=加熱=CuSO4+SO2↑+2H2O
(副反應有5Cu+4H2SO4(濃)=加熱=3CuSO4+Cu2S+4H2O等)
2Fe+6H2SO4(濃)=加熱=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O
Pt+4H2SO4(濃)=加熱=Pt(SO4)2+2SO2↑+4H2O(338℃的沸騰濃硫酸中,腐蝕率0.4mm/年以上;金被腐蝕的速度則慢得多)
在上述反應中,硫酸表現出了強氧化性和酸性。
(2)與非金屬反應
熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質氧化到其高價態的氧化物或含氧酸,本身被還原為二氧化硫。在這類反應中,濃硫酸只表現出氧化性。
  C+2H2SO4(濃)=加熱=CO2↑+2SO2↑+2H2O
  S+H2SO4(濃)=加熱=3SO2↑+2H2O
2P+5H2SO4(濃)=加熱=2H3PO4+5SO2↑+2H2O
(3)與其他還原性物質反應
濃硫酸具有強氧化性,實驗室制取硫化氫、溴化氫、碘化氫等還原性氣體不能選用濃硫酸。
  H2S+H2SO4(濃)==S↓+SO2+2H2O
  2HBr+H2SO4(濃)==Br2+SO2+2H2O
  8HI+H2SO4(濃)==4I2+H2S+4H2O
稀硫酸特性
性質
  1. 可與多數金屬(比銅活潑)和絕大多數金屬氧化物反應,生成相應的硫酸鹽和水;
  2. 可與所含酸根離子對應酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應,生成相應的硫酸鹽和弱酸;
  3. 可與堿反應生成相應的硫酸鹽和水;
  4. 可與氫前金屬在一定條件下反應,生成相應的硫酸鹽和氫氣;
  5. 加熱條件下可催化蛋白質、二糖和多糖的水解;
  6. 能與指示劑作用,使紫色石蕊試液變紅,使無色酚酞試液不變色。
檢驗
所需藥品:經過鹽酸酸化的氯化鋇溶液,鎂粉。
檢驗方法:使用經過鹽酸(HCl)酸化的的氯化鋇(BaCl2)。向待測物溶液滴入幾滴經過鹽酸酸化的氯化鋇溶液,震蕩,如果產生白色沉淀;向溶液中加入鎂粉后生成可燃性氣體,則待測溶液中含有硫酸。但此方法僅限中學階段。
常見誤區
稀硫酸在中學階段,一般當成H2SO4=2H++SO42-,兩次完全電離,其實不是這樣的。根據硫酸酸度系數pKa1=-3.00,pKa2=1.99,其二級電離不夠充分,在稀硫酸中HSO4-=可逆=H++SO42-,并未完全電離,1mol/L的硫酸一級電離完全,二級電離約電離10%,也就是溶液中仍存在大量的HSO4-。而即使是NaHSO4溶液0.1mol/L時,硫酸氫根也只電離了約30%。

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關鍵詞:脫水性,強氧化性

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