濃硫酸

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俗稱壞水。壞水指濃度大於或等於70%的硫酸溶液濃硫酸在濃度高時具有強氧化性,這是它與普通硫酸或普通濃硫酸最大的區別之一。同時它還具有脫水性,強氧化性,難揮發性,酸性,穩定性,吸水性等。

化學定義

  濃硫酸是指濃度(這裡的濃度是指硫酸的水溶液里硫酸的質量百分比)大於等於70%的硫酸溶液。   硫酸(H2 SO4 )在濃度高時具有強氧化性,這是它與普通硫酸或普通濃硫酸最大的區別之一。俗稱壞水。   硫酸與硝酸鹽酸,氫碘酸氫溴酸高氯酸並稱為化學六大無機強酸。 由於濃硫酸中含有大量未電離的硫酸分子,所以具有吸水性、脫水性和強氧化性等特殊性質;而在稀硫酸中,硫酸分子已經完全電離,所以不具有濃硫酸的特殊化學性質發煙硫酸是無色或棕色油狀稠厚的發煙液體、具有強烈刺激性臭味、吸水性很強,與水可以任何比例混合、並放出大量稀釋熱、操作時應將酸加入水中,並不斷用玻璃棒攪拌

濃硫酸

濃硫酸加入水中順序的原因

  硫酸的密度比水大。   如果把水倒入硫酸中:水在硫酸上,稀釋過程中水會迅速升溫並沸騰,然後飛濺。硫酸溶液飛濺是及其危險的。   所以只能讓濃硫酸慢慢沿容器壁流入水面下,不斷攪拌,讓水慢慢,均勻和硫酸溶解。溫度不會迅速升高,不會飛濺。

(一)物理性質

  濃鹽酸 濃硝酸和濃硫酸的對比   

濃鹽酸濃硫酸濃硝酸
顏色狀態等無色有刺激性氣味的液體無色黏稠,油狀液體無色有刺激性氣味液體,如長時間放置會變黃
個性對比揮發性,在空氣里會生成白霧,有刺激性氣味不揮發,有吸水性(可做乾燥劑),有脫水性(化學性質,使有機物炭化)有揮發性,在空氣里會生成白霧,有刺激性氣味
腐蝕性有腐蝕性強腐蝕性強腐蝕性
純硫酸是一種無色無味油狀液體。常用的濃硫酸中H2SO4的質量分數為98.3%,其密度為1.84g·cm-3,其物質的量濃度為18.4mol·L-1。98.3%時,熔點:10℃;沸點:338℃。硫酸是一種高沸點難揮發的強酸,易溶於水,能以任意比與水混溶。濃硫酸溶解時放出大量的熱,因此濃硫酸稀釋時應該「酸入水,沿器壁,慢慢倒,不斷攪」。

強腐蝕性

  濃硫酸具有很強的腐蝕性,若實驗時是不小心濺到皮膚上,應先用布擦乾,後用3%~5%的小蘇打溶液沖洗,不能直接用大量清水沖洗,會擴大腐蝕範圍。嚴重的應立即送往醫院。若實驗時滴落在桌面上,則先用布擦乾,再用水進行沖洗。

吸水性

  將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中,其質量將增加,密度將減小,濃度降低,體積變大,這是因為濃硫酸具有吸水性。   (1)就硫酸而言,吸水性是濃硫酸的性質,而不是稀硫酸的性質。   (2)吸水性是濃硫酸的物理性質。 濃硫酸只能幹燥酸性和中性氣體。

(二)特性

  除了酸固有的化學性質外,濃硫酸還具有自己特殊的性質,與稀硫酸有很大差別,主要原因是濃硫酸溶液中存在大量未電離的硫酸分子(H2SO4),這些硫酸分子使濃硫酸有很強的性質。

1.脫水性

  (1)就硫酸而言,脫水性是濃硫酸的性質,而非稀硫酸的性質,即濃硫酸有脫水性且脫水性很強。

  (2)脫水性是濃硫酸的化學特性,物質被濃硫酸脫水的過程是化學變化的過程,反應時,濃硫酸按水分子中氫氧原子數的比(2∶1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子。   (3)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,被脫水後生成了黑色的炭(炭化),並會產生氧化硫,故實驗一定要在通風良好的情況下進行,否則有一定危險。   反應過程分兩步,先是蔗糖C12H22O11在濃硫酸作催化劑作用下脫水,生成碳和水(試驗后蔗糖會變黑,黑的的就是碳顆粒):   C12H22O11==濃硫酸==12C+11H2O;   第二步,脫水反應產生的大量熱讓濃硫酸和C發生反應:   C+2H2SO4=加熱=CO2↑+2SO2↑+2H2O。   利用脫水性,能夠催化一些有機反應。   CH3COOH + C2H5OH(加熱)(濃硫酸催化) ==== CH3COOC2H5 + H2O

硫酸催化制取乙酸乙酯

2.強氧化性

  (1)跟金屬反應    ①常溫下,濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。主要原因是硫酸分子與這些金屬原子化合,生成緻密氧化物薄膜,防止離子或硫酸分子繼續與金屬反應,如鐵一般認為生成Fe3O4。   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SO2。   Cu + 2H2SO4(濃)(加熱) ==== CuSO4 + SO2↑+ 2H2O   2Fe + 6H2SO4(濃)(加熱) ====

Fe2(SO4)3+ 3SO2↑ + 6H2O   Zn+2H2SO4(濃)(加熱)====ZnSO4 +SO2↑+2H2O   在上述反應中,硫酸表現出了強氧化性和酸性。   (2)跟非金屬反應    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SO2。在這類反應中,濃硫酸只表現出氧化性。   C + 2H2SO4(濃)(加熱0 → CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O   S + 2H2SO4(濃)(加熱) → 3SO2↑ + 2H2O   2P + 5H2SO4(濃) (加熱)→2H3PO4 + 5SO2↑ + 2H2O   ⑶跟其他還原性物質反應   濃硫酸具有強氧化性,實驗室制取H2S、HBr、HI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.難揮發性(高沸點)

  制氯化氫、硝酸等(原理:利用難揮發性酸制易揮發性酸) 如,用固體氯化鈉與濃硫酸反應制取氯化氫氣體。   2NaCl(固)+H2SO4(濃)==Na2SO4+2HCl↑   Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑   再如,利用濃鹽酸與濃硫酸可以制氯化氫氣。

4.酸性

  制化肥,如氮肥磷肥等。   2NH3+H2SO4==(NH4)2SO4   NH3+H2SO4==NH4HSO4   Ca3(PO4)2+2H2SO4==2CaSO4+Ca(H2PO4)2

5.穩定性

  濃硫酸與亞硫酸鹽反應   Na2SO3+2H2SO4==2NaHSO4+H2O+SO2↑    Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑(加熱)

6.吸水性

  常做乾燥劑   附言:濃硫酸的稀釋   濃硫酸常做為洗氣裝置,濃硫酸熟知的除了能夠吸收空氣中的水外,還可以乾燥中性和酸性氣體   例如中性氣體:CO、氫氣、氧氣、氮氣和所有的稀有氣體   酸性氣體:HCI氣體、二氧化碳、二氧化硫   濃硫酸不能用作鹼性氣體(例如 氨氣)的洗氣裝置,因為濃硫酸與氨氣反應。濃硫酸還不可乾燥溴化氫、碘化氫硫化氫等還原性氣體。   需要特別注意的是,硫酸不能幹燥二氧化氮因為NO2溶於濃硫酸生成亞硝基硫酸等一些物質   注:濃硫酸吸水是把物質本身中含有自由H2O分子或結晶水吸收。因此濃硫酸吸收硫酸銅晶體中的結晶水是吸水性,不是脫水性!

7.對於金屬置換而言

  對於金屬置換而言,氫后金屬不能與酸反應,但濃硫酸能夠使一些金屬反應,例如:   Cu+2H2SO4(濃)=加熱=CuSO4+SO2↑+2H2O

濃硫酸和稀硫酸

  硫酸的濃稀概念有一個大概的標準:最高的發煙硫酸密度約為2含遊離的SO3約60%。一般來說密度為1.84的硫酸叫濃硫酸(注:我認為一般濃度70%以上的叫濃硫酸)其中摺合含SO3的量達到82%,它的濃度為18 mol/L,中等濃度的是指密度在1.5到1.8左右,它們的濃度分別是在9.2mol/L到16mol/L。那麼稀硫酸是指密度在1.5以下,濃度在9.2mol/L以下。

濃硫酸和稀硫酸鑒別方法

1.稱重法

  濃硫酸比稀硫酸密度大(98%的濃硫酸密度為1.84g/mL),故在相同的體積下,重的是濃硫酸。

2.粘度法

  濃硫酸是粘稠的液體,而稀硫酸則接近於水的粘度,所以將試劑瓶拿起搖動幾下,就可看出哪個是濃硫酸,液體較滿時可取少許于試管中振蕩。

3.沸點法

  硫酸是高沸點的酸,98%的濃硫酸沸點為338℃,故可取少許于試管中加熱,先沸騰且有大量水蒸氣產生的為稀硫酸。難以沸騰的是濃硫酸。

4.稀釋法

  濃硫酸溶解于水放出大量的熱,故可在小燒杯中加10mL水,沿燒杯壁慢慢加酸(切不可將水加到酸中),溶解時放出大量熱的是濃硫酸。

5.鐵鋁法

  分別取少許于試管中,加入鐵絲或鋁片,無現象的是濃硫酸,有氣泡出現的是稀硫酸。因為濃硫酸在常溫時可使鐵、鋁等金屬表面快速氧化生成一種緻密的氧化膜而發生「鈍化」。

6.銅碳法

  分別取兩支試管,加入銅片或木炭后,再分別加入酸,然後加熱,能夠產生刺激性氣體的是濃硫酸。

7.膽礬法

  分別取兩支試管,加入膽礬少許,再分別加入酸,晶體溶解溶液變藍色的是稀硫酸,晶體表面變白色的是濃硫酸。

8.纖維素

  分別用玻璃棒蘸取兩種酸在紙或木材或棉布上畫痕,一段時間后,表面脫水炭化的是濃硫酸。

9.蔗糖法

  在小燒杯中加入約10g蔗糖,滴入1mL水后,再加入酸,能使蔗糖脫水炭化產生「黑麵包」的是濃硫酸。

10.露置法

  濃硫酸具有吸水性,露置一段時間后,質量增加的是濃硫酸。

11.亞硝酸鈉

  在試管中加入少許工業用鹽,然後分別加入酸,產生刺激性氣體的是濃硫酸,工業鹽溶解無刺激性氣體產生的是稀硫酸。

12.電導法

  取兩個碳棒作電極,XX酸中,電路中串聯上小燈泡,用兩節乾電池構成閉合迴路,小燈泡發光且較亮的是稀硫酸,因為濃硫酸中水較少,絕大部分硫酸分子沒有電離,故自由移動的離子很少,導電性較差。

濃硫酸稀釋

  濃硫酸密度比水大得多,直接加入水會使水浮在硫酸表面,大量放熱而使酸液沸騰,造成事故。

硫酸稀釋方法

  濃硫酸溶於水后能放出大量的熱,因此濃硫酸稀釋時,常將濃硫酸沿器壁慢慢注入水中(燒瓶用玻璃棒引流),並不斷攪拌,使稀釋產生的熱量及時散出。(由圖為操作方式)   切不能將順序顛倒,這樣會引發事故。切記「酸入水,沿器壁,慢慢倒,不斷攪」。注酸入水不斷攪拌   稀釋好的硫酸應冷卻至室溫后存放入試劑瓶中。

濃硫酸與濃硝酸的混合

  與濃硫酸加水稀釋類似,注硫入硝

硫酸的危害

  健康危害: 對皮膚、粘膜組織有強烈的刺激和腐蝕作用。蒸氣或霧可引起結膜炎、結膜水腫角膜混濁,以致失明;引起呼吸道刺激,重者發生呼吸困難肺水腫;高濃度引起喉痙攣聲門水腫窒息死亡。口服后引起消化道燒傷以致潰瘍形成;嚴重者可能有胃穿孔腹膜炎腎損害休克等。皮膚灼傷輕者出現紅斑、重者形成潰瘍,愈后癍痕收縮影響功能。濺入眼內可造成灼傷,甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影響:牙齒酸蝕症、慢性支氣管炎肺氣腫和肺硬化。   環境危害: 對環境有危害,對水體和土壤可造成污染。   燃爆危險: 本品助燃,具強腐蝕性、強刺激性,可致人體灼傷。   工業製法 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。

1.制取二氧化硫

  燃燒硫或高溫處理黃鐵礦,制取二氧化硫   S+O2═點燃═SO2   4FeS2+11O2═高溫═8SO2+2Fe2O3

2.接觸氧化為三氧化硫

  2SO2+O2═2SO3(用五氧化二釩做催化劑該反應為可逆反應)

3.用98.3%硫酸吸收

  SO3+H2SO4═H2SO4 · x SO3(硫酸分子結合若幹個三氧化硫分子,形成發煙硫酸)   SO3+H2SO4═H2S2O7(焦硫酸)

4.加水

  H2SO4·x SO3+xH2O═(x+1)H2SO4   H2S2O7+H2O═2H2SO4

提純工藝

  可將工業濃硫酸進行蒸餾,便可得到濃度95%-98%的商品濃硫酸.   其他方法   磷酸反應后,利用磷石膏,工業循環利用,使用二水法制硫酸。

硫酸的特性及安全使用

  (一)理化性狀用途   無色油狀腐蝕性液體,有強烈的吸濕性。密度:1.8g/cm3,熔點10.4℃,沸點: 280℃。用於製造硫酸銨、磷酸、硫酸鋁合成藥物、合成染料、合成洗滌劑合金屬酸洗劑。   (二)毒性   屬中等毒類。對皮膚粘膜具有很強的腐蝕性。   最高容許濃度:2 mg/m3   (三)短期過量暴露的影響   吸入:吸入高濃度的硫酸酸霧能上呼吸道刺激癥狀,嚴重者發生喉頭水腫、支氣管炎甚至肺水腫。   眼睛接觸:濺入硫酸后引起結膜炎及水腫,角膜渾濁以至穿孔。   皮膚接觸:局部刺痛,皮膚由潮紅轉為暗褐色。   口服:誤服硫酸后,口腔、咽部、胸部腹部立即有劇烈的灼熱痛,唇、口腔、咽部均見灼傷以致形成潰瘍,嘔吐物及腹瀉物呈黑色血性,胃腸道穿孔。口服濃硫酸致死量約為5毫升。   (四)長期暴露的影響   長期接觸硫酸霧者,可有鼻粘膜萎縮伴有嗅覺減退或消失、慢性支氣管炎和牙齒酸蝕等癥狀。   (五)火災和爆炸   本品雖不燃,但很多反應卻會起火或爆炸,如與金屬會產生可燃性氣體,與水混合會大量放熱。著火時立刻用乾粉、泡沫滅火等方法。   (六)化學反應性   本品為強氧化劑,與可燃性、還原性物質激烈反應。   (七)人身防護   吸入:硫酸霧濃度超過暴露限值,應佩戴防酸型防毒口罩。   眼睛:帶化學防濺眼鏡。   皮膚:戴橡膠手套,穿防酸工作服和膠鞋。工作場所應設安全淋浴和眼睛沖洗XX。   (八)急救   吸入: 將患者移離現場至空氣新鮮處,有呼吸道刺激癥狀者應吸氧。   眼睛:張開眼瞼用大量清水或2%碳酸氫鈉溶液徹底沖洗。   皮膚:用干布擦(用水會擴大燒傷面積)。   口服:立即用氧化鎂懸浮液牛奶豆漿等內服。   注:所有患者應請醫生或及時送醫療機構治療。   (九)儲藏和運輸   與可燃性和還原性及強鹼物質分開。   包裝號為5(甲)、8(甲)(十)。   (十)安全和處理   注意對硫酸霧的控制,加強通風排氣。車間內要有方便的沖洗XX。   注:在稀釋酸時決不可將水注入酸中,只能將酸注入水中,並且要緩慢注入同時不斷攪拌。   【對環境的影響】   一、健康危害   侵入途徑:吸入、食入。   健康危害:對皮膚、粘膜等組織有強烈的刺激和腐蝕作用。對眼睛可引起結膜炎、水腫、角膜混濁,以致失明;引起呼吸道刺激癥狀,重者發生呼吸困難和肺水腫;高濃度引起喉痙攣或聲門水腫而死亡。口服后引起消化道的燒傷以至潰瘍形成。嚴重者可能有胃穿孔、腹膜炎、喉痙攣和聲門水腫、腎損害、休克等。慢性影響有牙齒酸蝕症、慢性支氣管炎、肺氣腫和肺硬化。   二、毒理學資料及環境行為   毒性:屬中等毒性。   急性毒性:LD5080mg/kg(大鼠經口);LC50510mg/m3,2小時(大鼠吸入);320mg/m3,2小時(小鼠吸入)   危險特性:與易燃物(如苯)和有機物(如糖、纖維素等)接觸會發生劇烈反應,甚至引起燃燒。能與一些活性金屬粉末發生反應,放出氫氣。遇水大量放熱,可發生沸濺。具有強腐蝕性。   燃燒(分解)產物:氧化硫。   三、管制   本品受管制