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  • 浓硫酸

    浓硫酸,俗称坏水,化学分子式为H2SO4,是一种具有高腐蚀性的强矿物酸。坏水指质量分数大于或等于70%的硫酸溶液。浓硫酸在浓度高时具有强氧化性,这是它与普通硫酸或普通浓硫酸最大的区别之一。同时它还具有脱水性,强氧化性,强腐蚀性,难挥发性,酸性,稳定性,吸水性等。由于浓硫酸中含有大量未电离的硫酸分子,所以浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性等特殊性质;而在稀硫酸中,硫酸分子已经完全电离,所以不具有浓硫酸的特殊化学性质。发烟硫酸是无色或棕色油状稠厚的发烟液体(棕色是因为其中含有少量铁离子),具有强烈刺激性臭味,吸水性很强。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 浓硫酸 英文名: Concentrated sulfuric acid
    别称: 坏水 外观: 无色油状液体
    水溶性: 易溶于水 沸点: 338℃
    化学式: H2SO4 分子量: 98
    密度: 1.84g·cm3 应用: 工业,化学实验等
    酸碱性: 强酸(PH<7)

    目录

    物理性质/浓硫酸 编辑

    浓硫酸浓硫酸
    纯硫酸是一种无色油状液体。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3%,其密度为1.84g·cm-3,其物质的量浓度为18.4mol·L-1。硫酸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。由于浓硫酸中含有大量未电离的硫酸分子(强酸溶液中的酸分子不一定全部电离成离子,酸的强弱是相对的),所以浓硫酸具有吸水性、脱水性(俗称炭化)和强氧化性等特殊性质;而在稀硫酸中,硫酸分子已经完全电离,所以不具有浓硫酸的特殊化学性质、发烟硫酸是无色或棕色油状稠厚的发烟液体(棕色是因为其中含有少量铁离子)、具有强烈刺激性臭味、吸水性很强,与水可以任何比例混合、并放出大量稀释热、稀释浓硫酸操作时应将浓硫酸加入水中,并不断用玻璃棒搅拌。[1]

    特性/浓硫酸 编辑

    1.吸水性
    浓硫酸浓硫酸
    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,这是因为浓硫酸具有吸水性。
    ⑴就硫酸而言,吸水性是浓硫酸的性质,而不是稀硫酸的性质。
    ⑵浓硫酸的吸水作用,指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合,生成一系列稳定的水合物,并放出大量的热:H2SO4 +nH2O==H2SO4·nH2O,故浓硫酸吸水的过程是化学变化的过程,吸水性是浓硫酸的化学性质。
    ⑶浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水(如空气中的水),而且还能吸收某些结晶水合物(如CuSO4· 5H2O、Na2CO3·10H2O)中的水。
    2.脱水性
    ⑴就硫酸而言,脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,即浓硫酸有脱水性且脱水性很强。
    ⑵脱水性是浓硫酸的化学特性,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。
    ⑶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(碳化)。浓硫酸 如C12H22O11————>12C + 11H2O
    3.强氧化性
    ⑴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SO2
                     △
    Cu + 2H2SO4(浓) ==== CuSO4 + SO2↑+ 2H2O
                    △
    2Fe + 6H2SO4(浓) ==== Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

    在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。
    ⑵跟非金属反应
    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SO2。在这
    类反应中,浓硫酸只表现出氧化性
                    △
    C + 2H2SO4(浓) ==== CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O
                    △  
    S + 2H2SO4(浓) ==== 3SO2↑ + 2H2O
                     △
    2P + 5H2SO4(浓) ==== 2H3PO4 + 5SO2↑ + 2H2O
    ⑶跟其他还原性物质反应
    浓硫酸具有强氧化性,实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。
                     △
    H2S + H2SO4(浓) ==== S↓ + SO2↑ + 2H2O
                      △
    2HBr + H2SO4(浓) ==== Br2↑ + SO2↑ + 2H2O
                     △
    2HI + H2SO4(浓) ==== I2↑ + SO2↑ + 2H2O
    4.难挥发性(高沸点):制氯化氢、硝酸等(原理:利用难挥发性酸制易挥发性酸) 如,用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体
    2NaCl(固)+H2SO4(浓)Na2SO4+2HCl↑
    Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑
    再如,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气。
    5.酸性:制化肥,如氮肥、磷肥等
    2NH3+H2SO4==(NH4)2SO4
    Ca3(PO3)2+2H2SO4==2CaSO4+Ca(H2PO4)
    6.稳定性:浓硫酸与亚硫酸盐反应
    Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑
    附言:浓硫酸的稀释
    浓硫酸溶于水后能放出大量的热,因此,在稀释浓硫酸时一定要将浓硫酸沿着烧杯壁慢慢地注入水中,并用玻璃棒不断搅拌。
    切不能将顺序颠倒,这样会引发事故。切记“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不断搅。”[1]

    化学定义/浓硫酸 编辑

    浓硫酸是指浓度(浓度是指H2SO4的水溶液里H2SO4的质量百分比)大于等于70%的H2SO4的水溶液。
    硫酸与硝酸,盐酸,氢碘酸,氢溴酸,高氯酸并称为化学六大无机强酸。

    与稀硫酸/浓硫酸 编辑

    硫酸的浓稀概念有一个大概的标准:最高的发烟硫酸密度约为2,含游离的SO3约60%。一般来说密度为1.84g/mL的硫酸叫浓硫酸(注:一般认为浓度70%以上硫酸的叫浓硫酸)其中折合含SO3的量达到82%,它的浓度为18 mol/L,中等浓度的是指密度在1.5到1.8左右,它们的浓度分别是在9.2mol/L到16mol/L。那么稀硫酸是指密度在1.5g/mL以下,浓度在9.2mol/L以下。

    鉴别方法

    1.称重法
    浓硫酸比稀硫酸密度大(98%的浓硫酸密度为1.84g/mL),故在相同的体积下,重的是浓硫酸。
    2.粘度法
    浓硫酸是粘稠的液体,而稀硫酸则接近于水的粘度,所以将试剂瓶拿起摇动几下,就可看出哪个是浓硫酸,液体较满时可取少许于试管中振荡。但是在没有对照时不推荐使用。
    3.沸点法
    硫酸是高沸点的酸,98%的浓硫酸沸点为338℃,故可取少许于试管中加热,先沸腾且有大量水蒸气产生的为稀硫酸,注意不要吸入蒸汽,因为会有少量酸液随水蒸出。难以沸腾的是浓硫酸。
    4.稀释法
    浓硫酸溶解于水放出大量的热,故可在小烧杯中加10mL水,沿烧杯壁慢慢加酸(切不可将水加到酸中),溶解时放出大量热的是浓硫酸。
    5.铁铝法
    分别取少许于试管中,加入铁丝或铝片,无现象的是浓硫酸,有气泡出现的是稀硫酸。因为浓硫酸在常温时可使铁、铝等金属表面快速氧化生成一种致密的氧化膜而发生“钝化”,但是如果在硫酸溶液中加入少量氯离子则会催化氧化膜的分解,一种说法是氯离子与氧化膜形成络合物,还有一种说法是认为氯离子半径小于氧化物分子间间隔,氯离子能进入氧化膜内部,继续参与反应。
    6.铜碳法
    分别取两支试管,加入铜片或木炭后,再分别加入酸,然后加热,能够产生刺激性气体的是浓硫酸。刺激性气体为二氧化硫。
    7.胆矾法
    分别取两支试管,加入胆矾少许,再分别加入酸,晶体溶解溶液变蓝色的是稀硫酸,晶体表面变白色的是浓硫酸。这个变化既是物理变化又是化学变化。
    8.纤维素法
    分别用玻璃棒蘸取两种酸在纸或木材或棉布上画痕,一段时间后,表面脱水炭化变黑的是浓硫酸。
    9.蔗糖法
    在小烧杯中加入约10g蔗糖,滴入1mL水后,再加入酸,能使蔗糖脱水炭化产生“黑面包”的是浓硫酸。此反应中利用浓硫酸与水放热促进反应发生,水作催化剂。
    10.露置法
    浓硫酸具有吸水性,露置一段时间后,质量增加的是浓硫酸,稀硫酸可能因水挥发而质量减少
    11.亚硝酸钠法
    在试管中加入少许工业用盐,然后分别加入酸,产生刺激性气体和红色气体的是浓硫酸,工业盐溶解无刺激性气体产生的是稀硫酸。刺激性气体主要是二氧化氮和二氧化硫。
    12.电导法
    取两个碳棒作电极,插入酸中,电路中串联上小灯泡,用两节干电池构成闭合回路,小灯泡发光且较亮的是稀硫酸,因为浓硫酸中水较少,绝大部分硫酸分子没有电离,故自由移动的离子很少,导电性较差。本质上讲,硫酸分子也能像,但是浓硫酸与碳能发生反应,所以应使用钽等惰性金属丝作电极。
    13.氯化钠法
    在两只试管中加入少许氯化钠,然后分别加入酸,产生刺激性气味气体的是浓硫酸,氯化钠溶解无刺激性气味气体产生的是稀硫酸。氯化钠与浓硫酸反应生成硫酸钠和有刺激性气味的气体氯化氢。

    稀释方法

    浓硫酸密度比水大得多,直接将水加入浓硫酸会使水浮在浓硫酸表面,大量放热而使酸液沸腾溅出,造成事故。
    硫酸稀释方法
    因此,浓硫酸稀释时,常将浓硫酸沿器壁慢慢注入水中(烧瓶用玻璃棒引流),并不断搅拌,使稀释产生的热量及时散出。(由图为操作方式) 
    切不能将顺序颠倒,这样会引发事故。切记“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不断搅”。注酸入水不断搅拌
    稀释好的硫酸应冷却至室温后存放入试剂瓶中。
    浓硫酸与浓硝酸的混合
    与浓硫酸加水稀释类似,注硫酸入硝酸,混酸具有很强的氧化性,也常用于将醇类物质的羟基取代成硝基。[2]

    硫酸危害/浓硫酸 编辑

    硫酸具有极高的腐蚀性,特别是高浓度硫酸。高浓度的硫酸不光为强酸性,也具有强烈去水及氧化性质:除了会和肉体里的蛋白质及脂肪发生水解反应并造成严重化学性烧伤之外,它还会与碳水化合物发生高放热性去水反应并将其碳化,造成二级火焰性灼伤,对眼睛及皮肉造成极大伤害。
    健康危害: 对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。蒸气或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊,以致失明;引起呼吸道刺激,重者发生呼吸困难和肺水肿;高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引起消化道烧伤以致溃疡形成;严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等。皮肤灼伤轻者出现红斑、重者形成溃疡,愈后癍痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤,甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影响:牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。
    环境危害:对环境有危害,对水体和土壤可造成污染。
    燃爆危险:本品助燃,具强腐蚀性、强刺激性,可致人体灼伤及皮肉碳化。
    工业制法:硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。

    制取提纯/浓硫酸 编辑

    制取二氧化硫
    燃烧硫或高温处理黄铁矿,制取二氧化硫(国内黄铁矿较多,所以常用黄铁矿)
    S+O2═点燃═SO2
    4FeS2+11O2═高温═8SO2+2Fe2O3
    接触氧化为三氧化硫
    2SO2+O2═2SO3(用五氧化二钒做催化剂且该反应为可逆反应)
    用98.3%硫酸吸收
    SO3+H2SO4═H2SO4 · x SO3(硫酸分子结合若干个三氧化硫分子,形成发烟硫酸)
    SO3+H2SO4═H2S2O7(焦硫酸)
    加水
    H2SO4·x SO3+xH2O═(x+1)H2SO4
    H2S2O7+H2O═2H2SO4
    提纯工艺
    可将工业浓硫酸进行蒸馏,便可得到浓度95%-98%的商品浓硫酸.
    其他方法
    磷酸反应后,利用磷石膏,工业循环利用,使用二水法制硫酸。
    较为经典的制法还有利用草酸和硫酸亚铁反应
    FeSO4+H2C2O4=H2SO4+FeC2O4↓

    家庭制法

    在氧气中燃烧硫得到二氧化硫,再将其通入双氧水制得硫酸。或将二氧化硫通入水中慢慢氧化成硫酸。

    安全使用/浓硫酸 编辑

    硫酸的特性及安全使用
    (一)理化性状和用途
    无色油状腐蚀性液体,有强烈的吸湿性。密度:1.8g/cm3,熔点10.4℃,沸点: 280℃。用于制造硫酸铵、磷酸、硫酸铝合成药物、合成染料、合成洗涤剂合金属酸洗剂。
    (二)毒性
    属中等毒类。对皮肤粘膜具有很强的腐蚀性。
    最高容许浓度:2 mg/m3
    (三)短期过量暴露的影响
    吸入:吸入高浓度的硫酸酸雾能上呼吸道刺激症状,严重者发生喉头水肿、支气管炎甚至肺水肿。
    眼睛接触:溅入硫酸后引起结膜炎及水肿,角膜浑浊以至穿孔。
    皮肤接触:局部刺痛,皮肤由潮红转为暗褐色。
    口服:误服硫酸后,口腔、咽部、胸部和腹部立即有剧烈的灼热痛,唇、口腔、咽部均见灼伤以致形成溃疡,呕吐物及腹泻物呈黑色血性,胃肠道穿孔。口服浓硫酸致死量约为5毫升。
    (四)长期暴露的影响
    长期接触硫酸雾者,可有鼻粘膜萎缩伴有嗅觉减退或消失、慢性支气管炎和牙齿酸蚀等症状。
    (五)火灾和爆炸
    本品虽不燃,但很多反应却会起火或爆炸,如与金属会产生可燃性气体,与水混合会大量放热。着火时也不能用干粉、泡沫灭火等方法,因为干粉,泡沫的一些成分能与硫酸反应,应用二氧化碳灭火器扑灭火焰后再用石灰,石灰石等中和废酸。
    (六)化学反应性   
    本品为强氧化剂,与可燃性、还原性物质激烈反应,也能与高锰酸钾反应生成极度危险的高锰酸酐。   
    (七)人身防护
    吸入:硫酸雾浓度超过暴露限值,应佩戴防酸型防毒口罩。
    眼睛:带化学防溅眼镜。
    皮肤:戴橡胶手套,穿防酸工作服和胶鞋。工作场所应设安全淋浴和眼睛冲洗器具。
    (八)急救
    吸入:将患者移离现场至空气新鲜处,有呼吸道刺激症状者应吸氧。
    眼睛:张开眼睑用大量清水或2%碳酸氢钠溶液彻底冲洗。
    皮肤:立即用大量冷水冲洗(浓硫酸对皮肤腐蚀强烈,实际操作应直接大量冷水冲洗)
    口服:立即用氧化镁悬浮液、牛奶、豆浆等内服。
    注:所有患者应请医生或及时送医疗机构治疗。
    (九)储藏和运输
    与可燃性和还原性及强碱物质分开。
    包装号为5(甲)、8(甲)(十)。
    (十)安全和处理
    注意对硫酸雾的控制,加强通风排气。车间内要有方便的冲洗器具。
    注:在稀释酸时决不可将水注入酸中,只能将酸注入水中,并且要缓慢注入同时不断搅拌。
    对环境的影响
    健康危害
    侵入途径:吸入、食入。
    健康危害:对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。对眼睛可引起结膜炎、水肿、角膜混浊,以致失明;引起呼吸道刺激症状,重者发生呼吸困难和肺水肿;高浓度引起喉痉挛或声门水肿而死亡。口服后引起消化道的烧伤以至溃疡形成。严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、喉痉挛和声门水肿、肾损害、休克等。慢性影响有牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。
    环境危害:对环境有危害,对水体和土壤可造成污染。
    本品助燃,具强腐蚀性、强刺激性,可致人体灼伤。
    毒理资料
    毒理学资料及环境行为
    毒性:属中等毒性。
    急性毒性:LD5080mg/kg(大鼠经口);LC50510mg/m3,2小时(大鼠吸入);320mg/m3,2小时(小鼠吸入)
    危险特性:与易燃物(如苯)和有机物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。能与一些活性金属粉末发生反应,放出氢气。遇水大量放热,可发生沸溅。具有强腐蚀性。
    燃烧(分解)产物:氧化硫。
    管制信息
    本品受管制
    法规信息: 化学危险物品安全管理条例 (1987年2月17日国务院发布),化学危险物品安全管理条例实施细则 (化劳发[1992] 677号),工作场所安全使用化学品规定 ([1996]劳部发423号)等法规,针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定;常用危险化学品的分类及标志 (GB 13690-92)将该物质划为第8.1类酸性腐蚀品。

    历史/浓硫酸 编辑

    硫酸发现于公元8世纪。阿拉伯炼丹家贾比尔通过干馏硫酸亚铁晶体得到硫酸。
    由约翰·道尔顿在1808年绘制的早期硫酸分子图显示了硫酸有一个位于中心的硫原子并与三个氧原子建立共价键。
    一些早期对化学有研究的人,如拉齐,贾比尔等,还写了有关硫酸及与其相关的矿物质的分类名单;其他一些人,如伊本·西那医师,则较为重视硫酸的种类以及它们在医学上的价值。
    在17世纪,德国化学家Johann Rudolf Glauber将硫与硝酸钾混合蒸汽加热制出硫酸,在这过程中,硝酸钾分解并氧化硫令其成为能与水混合并变为硫酸的三氧化硫(SO3),于是,在 1736年,伦敦药剂师Joshua Ward用此方法开拓大规模的硫酸生产。
    在1746年,John Roebuck则运用这个原则,开创铅室法,以更低成本有效地大量生产硫酸。经过多番的改良后,这个方法在工业上已被采用了将近两个世纪。 由John Roebuck创造的这个生产硫酸的方法能制造出浓度为65%的硫酸,后来,法国化学家约瑟夫·路易·盖-吕萨克以及英国化学家John Glover将其改良,使其能制造出浓度高达78%的硫酸,可是这浓度仍不能满足一些工业上的用途。
    在18世纪初,硫酸的生产都依赖以下的方法:黄铁矿(FeS2)被燃烧成硫酸亚铁(FeSO4),然后再被燃烧,变为能在480°C下分解成氧化铁以及能用以制造任何浓度硫酸的三氧化硫的硫酸铁(Fe2(SO4)3)。可惜,此过程的庞大成本阻碍了浓硫酸的广泛运用。
    后来,到了1831年,英国制醋商人Peregrine Phillips想到了接触法,能以更低成本制造出三氧化硫以及硫酸,这种方法在现今已被广泛运用。
    在古代中国,稀硫酸被称为“绿矾油”。 在公元650~683年(唐高宗时),炼丹家孤刚子在其所著《黄帝九鼎神丹经诀》卷九中就记载着“炼石胆取精华法”,即干馏石胆(胆矾)而获得硫酸。

    注意事项/浓硫酸 编辑

    泄露处理

    迅速撤离泄漏污染区人员至安全区,并进行隔离,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防酸碱工作服。不要直接接触泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏:用砂土、干燥石灰或苏打灰混合。也可以用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。大量泄漏:构筑围堤或挖坑收容。用泵转移至槽车或专用收集器内,回收或运至废物处理场所处置。

    操作处置

    操作注意事项:
    密闭操作,注意通风。操作尽可能机械化、自动化。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具(全面罩),穿橡胶耐酸碱服,戴橡胶耐酸碱手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。远离易燃、可燃物。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与还原剂、碱类、碱金属接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。稀释或制备溶液时,应把酸加入水中,避免沸腾和飞溅。
    储存注意事项:
    储存于阴凉、通风的库房。库温不超过35℃,相对湿度不超过85%。保持容器密封。应与易(可)燃物、还原剂、碱类、碱金属、食用化学品分开存放,切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。
    运输注意事项:
    本品铁路运输时限使用钢制企业自备罐车装运,装运前需报有关部门批准。铁路非罐装运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与易燃物或可燃物、还原剂、碱类、碱金属、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。 

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    参考资料
    [1]^引用日期:2017-12-10
    [2]^引用日期:2017-12-10

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