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硫酸

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詳情介紹:

  硫酸(化學式:H2SO4),硫的重要的含氧酸。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%的純濃硫酸,沸點338℃,相對密度1.84。
  硫酸是一種活潑的二元無機強酸,能和許多金屬發生反應。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。

  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)。

  濃硫酸迅速蝕穿毛巾
  可被濃硫酸脫水的物質一般為含氫、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
  (1)與金屬反應
 ?、俪叵聺饬蛩崮苁硅F、鋁等金屬鈍化。②加熱時,濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應,生成高價金屬硫酸鹽,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

  硫酸分子的球棍模型
  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
  2HI+H2SO4(濃)==I2↓+SO2↑+2H2O

  稀硫酸特性
  性質
  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;
  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;
  可與堿反應生成相應的硫酸鹽和水;
  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;
  加熱條件下可催化蛋白質、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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