硫酸

硫酸（化學(xué)式：H2SO4），硫的Z重要的含氧酸。硫酸是一種Z活潑的二元無(wú)機(jī)強(qiáng)酸，能和絕大多數(shù)金屬發(fā)生反應(yīng)。高濃度的硫酸有強(qiáng)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(zhì)。

無(wú)水硫酸為無(wú)色油狀液體，10.36℃時(shí)結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在75%左右；后者可得質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.3%的濃硫酸，沸點(diǎn)338℃，相對(duì)密度1.84。

硫酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性和氧化性，在與水混合時(shí)，亦會(huì)放出大量熱能。硫酸是一種重要的工業(yè)原料，可用于制造肥料、藥物、zha藥、顏料、洗滌劑、蓄電池等，也廣泛應(yīng)用于凈化石油、金屬冶煉以及染料等工業(yè)中。常用作化學(xué)試劑，在有機(jī)合成中可用作脫水劑和磺化劑。

自然界中的硫酸

酸雨中含有硫酸，酸雨中的二氧化硫（SO2）與大氣中的水反應(yīng)，生成亞硫酸（H2SO3），亞硫酸又被大氣中的氧氣氧化，生成硫酸，隨雨水落到地面 ，引起酸性土壤的形成。改良酸性土壤通常用堿性物質(zhì)進(jìn)行中和。自然界中，很多含硫的礦物質(zhì)，例如硫化亞鐵，在發(fā)生氧化反應(yīng)后形成硫酸，所形成的液體為高度酸性，能氧化殘留的金屬物，釋出有毒的氣體。在生物界，有一種海蛞蝓（Notaspidean pleurobranchs）也能?chē)娚浜蛩岬姆置谖飦?lái)御敵。

硫酸化學(xué)性質(zhì)

1、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(shí)硫酸為恒沸溶液，沸點(diǎn)為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)煙硫酸是一種超酸體系，酸性強(qiáng)于純硫酸，但是廣泛存在一種誤區(qū)，即稀硫酸的酸性強(qiáng)于濃硫酸，這種想法是錯(cuò)誤的。的確，稀硫酸diyi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，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。

在硫酸溶劑體系中，H3SO4+經(jīng)常起酸的作用，能質(zhì)子化很多物質(zhì)產(chǎn)生離子型化合物：

NaCl+ H2SO4==NaHSO4+HCl（不加熱都能很快反應(yīng)）

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(qiáng)）

上述與HNO3的反應(yīng)所產(chǎn)生的NO2+，有助于芳香烴的硝化反應(yīng)。

濃硫酸特性

1、脫水性

脫水指濃硫酸脫去非游離態(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。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)，脫水時(shí)按水的組成比脫去。物質(zhì)被濃硫酸脫水的過(guò)程是化學(xué)變化，反應(yīng)時(shí)，濃硫酸按水分子中氫氧原數(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，如五水硫酸銅(CuSO4·5H2O)。

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，這種過(guò)程稱作炭化。一個(gè)典型的炭化現(xiàn)象是蔗糖的黑面包反應(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?？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(yīng)放熱，還能聞到刺激性氣體。

2、稀硫酸特性

可與多數(shù)金屬（比銅活潑）和絕大多數(shù)金屬氧化物反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和水；

可與所含酸根離子對(duì)應(yīng)酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和弱酸；

可與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽和水；

可與氫前金屬在一定條件下反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和氫氣；

加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解；

能與指示劑作用，使紫色石蕊試液變紅，使無(wú)色酚酞試液不變色。

制備方法

實(shí)驗(yàn)室制法

可以用FeSO4·7H2O加強(qiáng)熱，用加冰水混合物的U型管冷凝即可，用NaOH吸收SO2，理論可得29.5%的H2SO4。關(guān)鍵在于尾氣吸收。

可將二氧化硫氣體通入雙氧水制取硫酸，此法占率較低。

另一種少為人知的方法是，先把12.6摩爾濃度的鹽酸加入焦亞硫酸根（S2O52-），接著把所產(chǎn)生的氣體打入硝酸，這會(huì)釋出棕色/紅色的氣體，當(dāng)再無(wú)氣體產(chǎn)生時(shí)就代表反應(yīng)完成。

工業(yè)制法

方法一

生產(chǎn)硫酸的原料有硫黃、硫鐵礦、有色金屬冶煉煙氣、石膏、硫化氫、二氧化硫和廢硫酸等。硫黃、硫鐵礦和冶煉煙氣是三種主要原料。

制取二氧化硫（沸騰爐）

燃燒硫或高溫處理黃鐵礦，制取二氧化硫S+O2==點(diǎn)燃==SO2

4FeS2+11O2==高溫=8SO2+2Fe2O3

接觸氧化為三氧化硫（接觸室）

2SO2+O2==五氧化二釩催化并加熱==2SO3（可逆反應(yīng)）

用98.3%硫酸吸收（吸收塔）

SO3+H2SO4==H2S2O7（焦硫酸）

加水

H2S2O7+H2O==2H2SO4

提純

可將工業(yè)濃硫酸進(jìn)行蒸餾，便可得到濃度95%～98%的商品硫酸。

二水法磷酸反應(yīng)后，利用磷石膏，工業(yè)循環(huán)利用，使用二水法制硫酸。

方法二

制取二氧化硫（沸騰爐）

2

4FeS2+11O2=高溫=8SO2+2Fe2O3

將二氧化硫溶于水變成亞硫酸。

亞硫酸氧化得硫酸。