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硫酸,化学式为H2SO4。是一种无色无味油状液体,是一种高沸点难挥发的强酸,易溶于水,能以任意比与水混溶。硫酸是基本化学工业中重要产品之一。它不仅作为许多亚博体育官网登录产品的原料,而且还广泛地应用于其他的国民经济部门。硫酸是化学六大无机强酸(硫酸、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl,学名氢氯酸)、氢溴酸(HBr)、氢碘酸(HI)、高氯酸(HClO4)之一,也是所有酸中最常见的强酸之一。

1.理化常数
  EINECS号:231-639-5

 
  危规号:81007

 
  性状:无色的澄清粘稠油状液体。

 
  成分/组成:浓硫酸98.0%(特浓) 70%(也属于浓硫酸)

 
密度:98%的浓硫酸1.84g/mL

 
摩尔质量:98g/mol

 
物质的量浓度:98%的浓硫酸18.4mol/L

 
  折光率:1.42879

 
  相对密度:1.84。

 
  沸点:338℃

 
溶解性:与水和乙醇混溶

 
  凝固点:无水酸在10℃,98%硫酸在3℃时凝固。

 
  中心原子杂化方式:sp3[2]
2.溶解放热
  浓硫酸溶解时放出大量的热,因此浓硫酸稀释时应该“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不断搅。”若将水倒入浓硫酸中,温度将达到173℃,导致酸液飞溅,造成安全隐患。

 
  硫酸是一种无色黏稠油状液体,是一种高沸点难挥发的强酸,易溶于水,能以任意比与水混溶。[2]
3.共沸混合物
  (熔点:10℃)

 
  沸点:290℃(100%酸),沸点:338℃(98.3%酸)

 
  但是100%的硫酸并不是最稳定的,沸腾时会分解一部分,变为98.3%的浓硫酸,成为338℃(硫酸水溶液的)共沸混合物。加热浓缩硫酸也只能最高达到98.3%的浓度。[2]
4.吸水性
  它是良好的干燥剂。用以干燥酸性和中性气体,如CO?,H?,N?,NO?,HCl,SO?等,不能干燥碱性气体,如NH3,以及常温下具有还原性的气体,如H2S,HBr,HI等。

 
  浓硫酸吸水是物理过程

 
  吸水性与脱水性有很大的不同:浓硫酸吸收原来就有游离态的水分子,水分子能被束缚。在人教版教参中,有以下描述:“浓硫酸能吸水是因为能和水结合生成不同组成的水化物,同时放出热。硫酸的水合物有H2SO4·H2O、H2SO4·2H2O、H2SO4·4H2O等,当降低硫酸溶液温度时,这些水合物就以晶体的形式析出。”中学阶段称浓硫酸溶解是物理过程是错误的!

 
  将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中,其质量将增加,密度将减小,浓度降低,体积变大,溶质质量分数将变小。这是因为浓硫酸具有吸水性。[2]
 
浓硫酸化学性质
1.脱水性
  脱水指浓硫酸脱去非

游离态水分子或按照水的氢氧原子组成比脱去有机物中氢氧元素的过程叫做脱水性。

(1)脱水性简介
  就硫酸而言,脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,浓硫酸有脱水性且脱水性很强。(按水的组成比脱去)

(2)可被脱水的物质
  物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程,反应时,浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比(2:1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子或脱去非游离态的结晶水,如五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)。

(3)炭化
  可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物,其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物,被脱水后生成了黑色的炭。

 
  C12H22O11=浓硫酸=12C+11H2O

 
  (4)黑面包反应

 
  在200mL烧杯中放入20g蔗糖,加入几滴水,水加适量,搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸,迅速搅拌。观察实验现象。可以看到蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,形成疏松多孔的海绵状的炭,还会闻到刺激性气味气体。

 
  C12H22O11=浓硫酸=12C+11H?O

 
  同时生成的碳与浓硫酸反应:

 
  C+2H?SO?(浓)==CO?↑+2SO?↑+2H?O

 
  (5)络合反应

 
  将SO?通入浓H?SO?中,则会有“发烟”现象,生成发烟硫酸

 
  H?SO?+SO?=H?S?O7(亦写为H?O·SO?·SO?)[2]
2.强氧化性
  (1)跟金属反应

 
  ①常温下浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。

 
  ②加热时,浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应,生成高价金属硫酸盐,本身一般被还原成二氧化硫。

 
  Cu+2H?SO?(浓)=加热=CuSO?+SO?↑+2H?O

 
  2Fe+6H?SO?(浓)=加热=Fe?(SO?)?+3SO?↑+6H?O

 
  在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。

 
  (2)非金属反应

 
  热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸,本身被还原为二氧化硫。在这类反应中,浓硫酸只表现出氧化性。

 
  C+2H?SO?(浓)=加热=CO?↑+2SO?↑+2H?O

 
  S+2H?SO? (浓)=加热=3SO?↑+2H?O

 
  2P+5H?SO? (浓)=加热=2H?PO?+5SO?↑+2H?O

 
  (3)跟其他还原性物质反应

 
  浓硫酸具有强氧化性,实验室制取硫化氢、溴化氢、碘化氢等还原性气体不能选用浓硫酸。

 
  H?S+H?SO?(浓)=S↓+SO?↑+2H?O

 
  2HBr+H?SO?(浓)=Br?↑+SO?↑+2H?O

 
  2HI+H?SO?(浓)=I?↓+SO?↑+2H?O

3.难挥发性
  制氯化氢、硝酸等(原理:高沸点酸制低沸点酸)如,用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体

 
  NaCl(s)+H2SO4 (浓)=NaHSO4+HCl↑(常温)

 
  2NaCl(s)+ H2SO4 (浓)=加热=Na2SO4+2HCl↑(加热)

 
  再如,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。

 
  酸性:制化肥,如氮肥、磷肥等

 
  2NH?+ H?SO? ==(NH?)2SO?

 
  Ca?(PO?)?+2 H?SO? ==2CaSO?+Ca(H?PO?)?

 
  稳定性:浓硫酸与亚硫酸盐反应

 
  Na?SO?+ H?SO? =Na?SO?+H?O+SO?↑[3]
4.强酸性
硫酸是无色油状液体,10.4°C时凝固。加热纯硫酸时,沸点290°C,并分解放出部分三氧化硫直至酸的浓度降到98.3%为止,这时硫酸为恒沸溶液,沸点338°C。无水硫酸体现酸性是给出质子的能力,纯硫酸仍然具有很强的酸性,98%硫酸与纯硫酸的酸性基本上没有差别,而溶解三氧化硫的发烟硫酸就是一种超酸体系了,酸性强于纯硫酸。

 
  但是广泛存在一种误区——稀硫酸的酸性强于浓硫酸,这种想法是错误的。的确,稀硫酸第一步电离完全,产生大量的水合氢离子H?O+;但是浓硫酸和水一样,自身自偶电离会产生一部分硫酸合氢离子H?SO?+,正是这一部分硫酸合质子,就导致纯硫酸具有非常强的酸性,虽然少,但是酸性却要比水合质子强得多,所以纯硫酸的哈米特酸度函数高达-12.0。

 
  纯硫酸是无色、粘稠,导电性能极高的油状液体,并不易挥发,但是加热沸腾前会产生大量的白雾状硫酸酸雾。纯硫酸是一种非常极性的液体,其介电系数大约为100。因为它分子与分子之间能够互相质子化对方,造成它极高的导电性,这是由于它发生自偶电离生成的两种离子所致,这个过程被称为质子自迁移。这种反应机理是和纯磷酸以及纯氢氟酸所同出一辙的。但纯硫酸达成这种反应平衡所需要的时间则比以上两者快得多,差不多是即时性的。

 
  2H2SO4==H3SO4++HSO4- Kap(25°C)=[H3SO4+][HSO4-]=2.7×10^-4

 
  在硫酸溶剂体系中,(H3SO4+)经常起酸的作用,能质子化很多物质产生离子型化合物:NaCl+ H2SO4→NaHSO4+HCl【不加热都能很快反应】

 
  KNO3+ H2SO4→(K+)+(HSO4-)+HNO3

 
  HNO3+ H2SO4→(NO2+)+(H3O+)+2(HSO4-)

 
  CH3COOH+ H2SO4→〔CH3C(OH)2+〕+(HSO4-)

 
  HSO3F+ H2SO4→(H3SO4+)+(SO3F-)【氟磺酸酸性更强】

 
  上述与HNO3的反应所产生的(NO2+),有助于芳香烃的硝化反应。

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