硫酸

硫酸(Sulfuric acid}或 Sulphuric acid)是化学三大无机强酸(硫酸、硝酸、盐酸)之一,是一种无色无味油状液体。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3%,其密度为1.84g/cm ,其物质的量浓度为18.4mol/L 。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。

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腐蚀性极强 应被妥善保管 腐蚀性极强 应被妥善保管图册

在古代中国被称为绿矾油 在唐高宗时期就有“炼石胆取精华法”

工业上一种重要的化学品 可用作制造肥料 非碱性清洁剂和电池

具有非常强的腐蚀性 会使皮肤和肌肉受到化学性和火焰性灼伤

中文名: 硫酸 英文名: Sulfuric acid
化学式: H2SO4 CAS号: 7664-93-9
摩尔质量: 98.0734 密度: 1.8305 g/cm³
熔点: 10.371 ℃℃ 沸点: 337 ℃℃
溶解度(水): 与水任意比互溶
蒸汽压 : 6×10⁻⁵ mmHg 标况状态 : 透明无色无臭液体
动态粘滞度 : 0.021 Pa s (25℃) 表面张力 : 0.0735 N/m
折射率 : 1.41827 热容量 : 1.416 J/(g K) (STP)
汽化热 : 0.57 kJ/g (STP) 熔化热 : 0.1092 kJ/g (S

目录

硫酸 - 简介

硫酸是化学三大无机强酸(硫酸硝酸盐酸)之一,是一种无色无味油状液体。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3%,其密度为1.84g/cm ,其物质的量浓度为18.4mol/L 。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。

结构式

    O
    ‖
H-O-S-O-H
    ↓

硫酸硫酸


    O

硫酸 - 发现

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。

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。若用化学方程式表示则为:

硫酸硫酸
若用化学方程式表示则为:
CuSO4·5H2O====CuSO4+5H2O
CuSO4====CuO+SO3
SO3+H2O====H2SO4

8世纪阿拉伯炼金家贾比尔发现,将硝石和绿矾一起蒸馏,所得气体溶于水得硫酸。后来人们还发现某些矿泉中有浓厚的硫磺味道,可治疗皮肤病,这是因为河水长期接触硫铁矿(FeS2)等,被缓慢氧化成微量H2SO4,使河水味道发酸。这个变化可表示为:
2FeS2+7O2+2H2O====2H2SO4+2FeSO4

至于用硫磺燃烧(通过铅室法)制硫酸,则是17世纪以后的事,而用接触法制硫酸则更是19世纪以后才出现的。

硫酸 - 自然界的存在

硫酸常在火山周围的积水中被检出。

大气污染产生的酸雨中也常含硫酸,主要产生过程是燃烧煤炭、石油等含硫物质产生二氧化硫,再于空气中被氧化并溶于水中。

在生物界,有一种海蛞蝓(Notaspidean pleurobranchs)也能喷射含硫酸的分泌物来御敌。

硫酸 - 制备

历史上曾先后用铅室法和接触法制备硫酸,但目前(截至2011年)工业上一般运用接触法作大量生产。

硫酸 - 物理性质

硫酸储罐硫酸储罐
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。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。”若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生“发烟”现象。这样超过98.3%的硫酸称为“发烟硫酸”。

纯硫酸是一种无色无味油状液体。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3%,其密度为1.84g·cm ,其物质的量浓度为18.4mol·L 。

稀硫酸物理性质:无色无嗅透明液体,密度1.84,沸点290℃。

硫酸 - 化学性质

吸水性

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。

1、就硫酸而言,吸水性是浓硫酸的性质,而不是稀硫酸的性质。

2、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。

3、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。

脱水性

1、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。

2、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。

3、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

硫酸强氧化性

1、跟金属反应
常温下,浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。加热时,浓硫酸可以与除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[1]

Cu+2H2SO4(浓)====CuSO4+SO2↑+2H2O
2Fe+6H2SO4(浓)====Fe2(SO4)3+3SO3↑+6H2O
在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。

2、跟非金属反应
热的浓硫酸可将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

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

难挥发性

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

酸性

硫酸硫酸
制化肥,如氮肥磷肥等。

2NH3+H2SO4====(NH4)2SO4
Ca3(PO3)2+2H2SO4====2CaSO4+Ca(H2PO4)

稳定性

浓硫酸与亚硫酸盐反应

Na2SO3+H2SO4====Na2SO4+H2O+SO2

稀硫酸化学性质

1、可与多数金属(比活泼)氧化物反应,生成相应的硫酸盐和水;

2、可与所含酸根离子氧化性比硫酸根离子弱的盐反应,生成相应的硫酸盐和弱酸;

3、可与碱反应生成相应的硫酸盐和水;

4、可与氢前金属在一定条件下反应,生成相应的硫酸盐和氢气;

5、加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。

沸腾时部分分解,最终生成含硫酸98.3%、水1.7%的恒沸混合物

硫酸 - 用途

硫酸是工业上一种重要的化学品,它用途十分广泛,如制造肥料、非碱性清洁剂、护肤品、以及油漆添加剂与炸药;而最常接触到的生活应用莫过于汽车上的铅酸蓄电池。

农业生产

硫酸泄漏硫酸泄漏
1、用于肥料的生产硫酸铵(俗称硫铵或肥田粉)和过磷酸钙(俗称过磷酸石灰或普钙)这两种化肥的生产都要消耗大量的硫酸。
2NH3+H2SO4====(NH4)2SO4
每生产一吨硫酸铵,就要消耗硫酸(折合成100%计算)760kg,每生产一吨过磷酸钙,就要消耗硫酸360kg。

2、用于农药的生产许多农药都要以硫酸为原料,如硫酸铜硫酸锌可作植物的杀菌剂,硫酸铊可作杀鼠剂,硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂。最普通的杀虫剂,如1059乳剂(45%)和1605乳剂(45%)的生产都需用硫酸。前者每生产1t,需消耗20%发烟硫酸1.4t后者每生产1t,需消耗硫酸36kg。

3、用于改善农业土质方面,农业生产中,越来越多地采用硫酸改良高pH值的石灰质土壤。

工业生产

1、用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门,特别是有色金属的生产。

2、用于石油工业汽油、润滑油等石油产品的生产过程中,都需要浓硫酸精炼,以除去其中的含硫化合物和不饱和碳氢化合物。

3、用于其他化工生产和其他工业部门许多化工生产都需要使用硫酸。例如,在浓缩硝酸中,以浓硫酸为脱水剂;氯碱工业中,以浓硫酸来干燥氯气、氯化氢气等;无机盐工业中,如冰晶石(na3alf6)、硼砂(na2b4o7·10h2o)、磷酸三钠、磷酸氢二钠、硫酸铅、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁以及其他硫酸盐的制备都要用硫酸。

实验室分析

为分析和实验室广泛使用的试剂。钡、锶和铅的沉淀物,有机物分析及合成中吸收水分。

硫酸 - 危险性

实验室风险

硫酸伤人硫酸伤人
硫酸具有非常强的腐蚀性。除了其本身具备的,能透过与蛋白质脂肪发生酸性水解作用分解生物肌肉的强酸本质外,硫酸的强烈腐蚀性还源于它与水发生的高放热反应,也就是它的脱水性。由硫酸造成的伤害比其他同类的强酸(如氢氯酸硝酸)要严重,因为硫酸除了会导致化学烧伤外,还会在与化合物中的水分子发生反应时造成火焰性灼伤,使组织受到进一步的损伤。如果把一块生肉或鸡抓泡在高浓度的硫酸里,会发现肌肉已经被溶解,整个溶液渐渐变得混浊且黑,这是因为生物分子里的水分被抽走故只剩下碳。这有时候也会被用于展示硫酸的腐蚀效果。另外,浓硫酸也具备很强的氧化性,故需小心存放。

随着浓度的增加,硫酸的危险性也会增加。但是,即便是在实验室中被列为“低浓度”的硫酸(浓度大约为1M,10%比重)在一定时间也会透过脱水反应蚀穿纸张。因此,当一溶液的硫酸含量等同或超过1.5M时,就应贴上“腐蚀性”警告标示,而在0.5—1.5M之间的,则为“刺激性”。

工业风险

虽然硫酸并不是易燃,但当与金属发生反应后会释出易燃的氢气,有机会导致爆炸,而作为强氧化剂的浓硫酸与金属进行氧化还原反应时会释出有毒的二氧化硫,威胁工作人员的健康。 另外,长时间暴露在带有硫酸成分的浮质中(特别是高浓度),会使呼吸管道受到严重的刺激,更可导致肺水肿。但风险会因暴露时间的缩短而减少。

在美国,硫酸的最大可接触分量(PEL)为 1 mg/m3,有关分量在其他国家相若。误服硫酸有机会导致维生素B12缺乏症,其中,脊椎是最受影响的部位。

硫酸 - 安全贮运

硫酸是强腐蚀性介质,接触人体会引起严重灼伤,作业人员应按规定穿戴防护用品。

接触法工厂生产的各种浓度的浓硫酸、发烟硫酸以及塔式法工厂生产的76%硫酸,均以钢制贮槽贮存,并以钢制槽车或槽船运输。

浓度小于70%的硫酸应以钢壳衬铅容器贮运。

少量硫酸可以陶坛包装,并需标上明显的“有毒品”及“腐蚀性物品”标志。

贮存和运输应按危险品贮存、运输规定办理。

硫酸 - 应急措施

急救措施

硫酸蚀穿毛巾硫酸蚀穿毛巾
皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗至少15分钟,然后涂抹碳酸氢钠(俗名小苏打)。就医。

眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。

吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。

食入:用水漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。

注意:身防止皮肤直接接触.用棉布先吸去皮肤上的硫酸,再用大量流动清水冲洗,最后用0.01%的苏打水(或稀氨水)浸泡,切勿直接冲洗!!

消防措施

危险特性:遇水大量放热,可发生沸溅。与易燃物(如)和可燃物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。遇电石、高氯酸盐、雷酸盐、硝酸盐、苦味酸盐、金属粉末等猛烈反应,发生爆炸或燃烧。有强烈的腐蚀性和吸水性。

有害燃烧产物:二氧化硫

灭火方法:消防人员必须穿全身耐酸碱消防服。

灭火剂:干粉、二氧化碳、砂土。避免水流冲击物品,以免遇水会放出大量热量发生喷溅而灼伤皮肤。

泄漏应急处理

应急处理: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。[2]

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。

相关文献

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参考资料:
[1]^引用日期:2012-03-16
[2]^引用日期:2012-03-16
扩展阅读:
1硫酸性质

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