?硫酸結(jié)構(gòu)式
硫酸,化學(xué)式為H2SO4。是一種無(wú)色無(wú)味油狀液體,是一種高沸點(diǎn)難揮發(fā)的強(qiáng)酸,易溶于水,能以任意比與水混溶。硫酸是基本化學(xué)工業(yè)中重要產(chǎn)品之一。它不僅作為許多化工產(chǎn)品的原料,而且還廣泛地應(yīng)用于其他的國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén)。硫酸是化學(xué)六大無(wú)機(jī)強(qiáng)酸(硫酸、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCl,學(xué)名氫氯酸)、氫溴酸(HBr)、氫碘酸(HI)、高氯酸(HClO4)之一,也是所有酸中最常見(jiàn)的強(qiáng)酸之一。
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管制信息
硫酸(腐蝕)(易制毒-3)(易制爆)
該品根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》、《易制毒化學(xué)品管理?xiàng)l例》受公安部門(mén)管制。[1]
1.理化常數(shù)
EINECS號(hào):231-639-5
危規(guī)號(hào):81007
性狀:無(wú)色的澄清粘稠油狀液體。
成分/組成:濃硫酸98.0%(濃) 70%(也屬于濃硫酸)
密度:98%的濃硫酸1.84g/mL
摩爾質(zhì)量:98g/mol
物質(zhì)的量濃度:98%的濃硫酸18.4mol/L
相對(duì)密度:1.84。
沸點(diǎn):338℃
溶解性:與水和乙醇混溶
凝固點(diǎn):無(wú)水酸在10℃,98%硫酸在3℃時(shí)凝固。
2.溶解放熱
濃硫酸溶解時(shí)放出大量的熱,因此濃硫酸稀釋時(shí)應(yīng)該“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不斷攪?!比魧⑺谷霛饬蛩嶂?,溫度將達(dá)到173℃,導(dǎo)致酸液飛濺,造成安全隱患。
硫酸是一種無(wú)色黏稠油狀液體,是一種高沸點(diǎn)難揮發(fā)的強(qiáng)酸,易溶于水,能以任意比與水混溶。[2]
3.共沸混合物
?。ㄈ埸c(diǎn):10℃)
沸點(diǎn):290℃(100%酸),沸點(diǎn):338℃(98.3%酸)
但是100%的硫酸并不是最穩(wěn)定的,沸騰時(shí)會(huì)分解一部分,變?yōu)?8.3%的濃硫酸,成為338℃(硫酸水溶液的)共沸混合物。加熱濃縮硫酸也只能最高達(dá)到98.3%的濃度。[2]
4.吸水性
它是良好的干燥劑。用以干燥酸性和中性氣體,如CO?,H?,N?,NO?,HCl,SO?等,不能干燥堿性氣體,如NH3,以及常溫下具有還原性的氣體,如H2S。
吸水是化學(xué)變化過(guò)程
吸水性與脫水性有很大的不同:濃硫酸吸收原來(lái)就有游離態(tài)的水分子,水分子能被束縛。在人教版教參中,有以下描述:“濃硫酸能吸水是因?yàn)槟芎退Y(jié)合生成不同組成的水化物,同時(shí)放出熱。硫酸的水合物有H2SO4·H2O、H2SO4·2H2O、H2SO4·4H2O等,當(dāng)降低硫酸溶液溫度時(shí),這些水合物就以晶體的形式析出?!敝袑W(xué)階段稱(chēng)濃硫酸溶解是物理過(guò)程是錯(cuò)誤的!
將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中,其質(zhì)量將增加,密度將減小,濃度降低,體積變大,溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)將變小。這是因?yàn)闈饬蛩峋哂形浴2]
1.脫水性
數(shù)滴濃硫酸迅速蝕穿毛巾
游離態(tài)水分子或按照水的氫氧原子組成比脫去有機(jī)物中氫氧元素的過(guò)程叫做脫水性。
(1)脫水性簡(jiǎn)介
就硫酸而言,脫水性是濃硫酸的性質(zhì),而非稀硫酸的性質(zhì),濃硫酸有脫水性且脫水性很強(qiáng)。(按水的組成比脫去)
(2)可被脫水的物質(zhì)
物質(zhì)被濃硫酸脫水的過(guò)程是化學(xué)變化的過(guò)程,反應(yīng)時(shí),濃硫酸按水分子中氫氧原子數(shù)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(tài)的結(jié)晶水,如五水合硫酸銅(CuSO4·5H2O)。
(3)炭化
可被濃硫酸脫水的物質(zhì)一般為含氫、氧元素的有機(jī)物,其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質(zhì)中的有機(jī)物,被脫水后生成了黑色的炭。
C12H22O11=濃硫酸=12C+11H2O
(4)黑面包反應(yīng)
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(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸,迅速攪拌。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。可以看到蔗糖逐漸變黑,體積膨脹,形成疏松多孔的海綿狀的炭,還會(huì)聞到刺激性氣味氣體。
C12H22O11=濃硫酸=12C+11H2O
同時(shí)生成的碳與濃硫酸反應(yīng):
C+2H2SO4(濃)==CO2↑+2SO2↑+2H2O
?。?)絡(luò)合反應(yīng)
將SO3通入濃H2SO4中,則會(huì)有“發(fā)煙”現(xiàn)象,生成發(fā)煙硫酸
H2SO4+SO3=H2S2O7(亦寫(xiě)為H2O·SO3·SO3)[2]
2.強(qiáng)氧化性
(1)跟金屬反應(yīng)
?、俪叵聺饬蛩崮苁硅F、鋁等金屬鈍化。
?、诩訜釙r(shí),濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應(yīng),生成高價(jià)金屬硫酸鹽,本身一般被還原成二氧化硫。
Cu+2H2SO4(濃)=加熱=CuSO4+SO2↑+2H2O
2Fe+6H2SO4(濃)=加熱=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O
在上述反應(yīng)中,硫酸表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性和酸性。
(2)非金屬反應(yīng)
熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價(jià)態(tài)的氧化物或含氧酸,本身被還原為二氧化硫。在這類(lèi)反應(yīng)中,濃硫酸只表現(xiàn)出氧化性。
C+2H2SO4(濃)=加熱=CO2↑+2SO2↑+2H2O
S+2H2SO4 (濃)=加熱=3SO2↑+2H2O
2P+5H2SO4 (濃)=加熱=2H3PO4+5SO2↑+2H2O
(3)跟其他還原性物質(zhì)反應(yīng)
濃硫酸具有強(qiáng)氧化性,實(shí)驗(yàn)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
2HI+H2SO4(濃)=I2↓+SO2↑+2H2O
3.難揮發(fā)性
制氯化氫、硝酸等(原理:高沸點(diǎn)酸制低沸點(diǎn)酸)如,用固體氯化鈉與濃硫酸反應(yīng)制取氯化氫氣體
NaCl(s)+H2SO4 (濃)=NaHSO4+HCl↑(常溫)
2NaCl(s)+ H2SO4 (濃)=加熱=Na2SO4+2HCl↑(加熱)
再如,利用濃鹽酸與濃硫酸可以制氯化氫氣體。
酸性:制化肥,如氮肥、磷肥等
2NH3+ H2SO4 ==(NH4)2SO4
Ca3(PO4)2+2 H2SO4 ==2CaSO4+Ca(H2PO4)2
穩(wěn)定性:濃硫酸與亞硫酸鹽反應(yīng)
Na2SO3+ H2SO4 =Na2SO4+H2O+SO2↑[3]
4.強(qiáng)酸性
硫酸是無(wú)色油狀液體,10.4°C時(shí)凝固。加熱純硫酸時(shí),沸點(diǎn)290°C,并分解放出部分三氧化硫直至酸的濃度降到98.3%為止,這時(shí)硫酸為恒沸溶液,沸點(diǎn)338°C。無(wú)水硫酸體現(xiàn)酸性是給出質(zhì)子的能力,純硫酸仍然具有很強(qiáng)的酸性,98%硫酸與純硫酸的酸性基本上沒(méi)有差別,而溶解三氧化硫的發(fā)煙硫酸就是一種超酸體系了,酸性強(qiáng)于純硫酸。
但是廣泛存在一種誤區(qū)——稀硫酸的酸性強(qiáng)于濃硫酸,這種想法是錯(cuò)誤的。的確,稀硫酸第一步電離完全,產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生一部分硫酸合氫離子H3SO4+,正是這一部分硫酸合質(zhì)子,就導(dǎo)致純硫酸具有非常強(qiáng)的酸性,雖然少,但是酸性卻要比水合質(zhì)子強(qiáng)得多,所以純硫酸的哈米特酸度函數(shù)高達(dá)-12.0。
純硫酸是無(wú)色、粘稠,導(dǎo)電性能極高的油狀液體,并不易揮發(fā),但是加熱沸騰前會(huì)產(chǎn)生大量的白霧狀硫酸酸霧。純硫酸是一種非常極性的液體,其介電系數(shù)大約為100。因?yàn)樗肿优c分子之間能夠互相質(zhì)子化對(duì)方,造成它極高的導(dǎo)電性,這是由于它發(fā)生自偶電離生成的兩種離子所致,這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為質(zhì)子自遷移。這種反應(yīng)機(jī)理是和純磷酸以及純氫氟酸所同出一轍的。但純硫酸達(dá)成這種反應(yīng)平衡所需要的時(shí)間則比以上兩者快得多,差不多是即時(shí)性的。