硫酸(化學(xué)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(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%的純濃硫酸,沸點(diǎn)338℃,密度1840千克/立方米。
硫酸是一種最活潑的二元無機(jī)強(qiáng)酸,能和許多金屬發(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)。與水混合時(shí),亦會(huì)放出大量熱能。其具有強(qiáng)烈的腐蝕性和氧化性,故需謹(jǐn)慎使用。是一種重要的工業(yè)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(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。
純硫酸一般為無色油狀液體,密度1840 kg/m3,沸點(diǎn)337℃,能與水以任意比例互溶,同時(shí)放出大量的熱,使水沸騰。加熱到290℃時(shí)開始釋放出三氧化硫,最終變成為98.54%的水溶液,在317℃時(shí)沸騰而成為共沸混合物。硫酸的沸點(diǎn)及粘度較高,是因?yàn)槠浞肿觾?nèi)部的氫鍵較強(qiáng)的緣故。由于硫酸的介電常數(shù)較高,因此它是電解質(zhì)的良好溶劑,而作為非電解質(zhì)的溶劑則不太理想。硫酸的熔點(diǎn)是10.371℃,加水或加三氧化硫均會(huì)使凝固點(diǎn)下降。
盡管可以制出濃純凈的硫酸,但是純凈的硫酸是有吸水性的,會(huì)吸收百分之二的水分,所以一般所說的“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(yīng)用。
一、稀硫酸的特性,和鹽酸相似,能夠完全電離為氫離子和硫酸根離子(H2SO4=2H++SO42)。
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,不使無色酚酞試液變色,能使BTB試液變黃。
二、濃硫酸的性質(zhì)。
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。
一、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)物中氫氧元素的過程,濃硫酸有很強(qiáng)的脫水性,脫水時(shí)按水的組成比脫去。物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學(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)奪取有機(jī)化合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)化合物,這些有機(jī)化合物完全脫水后,變成了黑色的炭,這種過程稱作炭化。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。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,反應(yīng)放熱,還能聞到刺激性氣體。
二、強(qiáng)氧化性。
①常溫下濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。②加熱時(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)金屬氧化物,氧化物進(jìn)一步和硫酸反應(yīng),生成硫酸鹽,本身一般被還原成亞硫酸(亞硫酸不穩(wěn)定,隨即分解為二氧化硫和水),而不生成氫氣。
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,本身被還原為亞硫酸(亞硫酸不穩(wěn)定,隨即分解為二氧化硫和水)。在這類反應(yīng)中,濃硫酸只表現(xiàn)出氧化性。
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。
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