硫酸

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硫酸
IUPAC名
Sulfuric acid
別名 漒水、鏹水、綠礬油
識別
CAS號 7664-93-9
ChemSpider 1086 Yes check.svgY
SMILES
OS(=O)(=O)O
InChIKey QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYAC
UN編號 1830
歐盟編號 231-639-5
RTECS WS5600000
KEGG D05963
性質
化學式 H2SO4
摩爾質量 98.079 g/mol g·mol−1
外觀 無色無味清澈液體
密度 (液)1.84 g/cm3
熔點 10 °C(283 K)
沸點 337 °C(610 K)
溶解度 完全混溶,放熱
pKa −3, 1.99
黏度 26.7 cP (20 °C)
危險性
警示 R:Template:R35
安全警告 S:Template:S1/2 Template:S26 Template:S30 Template:S45
MSDS ICSC 0362
歐盟編號 016-020-00-8
歐盟分類 Toxic (T)
Corrosive (C)
Dangerous for the environment (N)
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
3
2
W
閃點 燒唔着
相關物質{{{參考}}}
相關強酸 硒酸
鹽酸
硝酸
有關化學品 亞硫酸
Peroxymonosulfuric acid
三氧化硫
Oleum
如果無講明,所有數據都係指25 °C,100 kPa嘅時候嘅情況。

硫酸係一個無機酸,分子式係HSO₄。佢嘅硫酸鹽。無論幾濃,硫酸都可以溶於

硫酸有好多用途,亦都係製造好多化學品所需嘅原料,例如整車用鉛酸電池、處理礦物、整肥料煉油污水處理同一啲化學合成都要用到。

整法[編輯]

整硫酸有幾種方法,最常用係鉛室法接觸法,呢兩個方法都要提煉二氧化硫

首先,會用克勞斯法或者弗拉施法提取,再喺空氣入面燒,變成二氧化硫。另一個提煉二氧化硫嘅方法就係用硫化氫

S (s) + O2 (g) → SO2 (g)
2 H2S + 3 O2 → 2 H2O + 2 SO2 (−518 kJ/mol)

鉛室法[編輯]

呢個方法用一氧化氮二氧化氮催化劑,係較為古老整硫酸嘅方法。而家工業都好少用呢個方法,改用接觸法。

二氧化硫水汽空氣、一氧化氮同二氧化氮共存之下反應,可以整到70%濃度嘅硫酸,反應如下:

  • 2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g)
  • SO2 (g) + NO2 (g) → SO3 + NO (g)
  • SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4 (g)

因為硫酸嘅純度較低,除去唔到一氧化氮同二氧化氮,又

  • NO + NO2 + H2O → 2HNO2
  • 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

所以會有HNO2HNO3

接觸法[編輯]

接觸法係今時今日工業整硫酸嘅方法,有四步:首先係高溫燒硫化礦或者硫磺,產生二氧化硫;二氧化硫同氧氣喺高溫之下會合成三氧化硫;用濃硫酸吸三氧化硫,產生發煙硫酸;最後用水稀釋發煙硫酸,得到硫酸成品。

喺常壓同攝氏450度之下,將二氧化硫同空氣通過催化劑五氧化二釩(V2O5[1],整出三氧化硫。

\ 2 SO_{2(g)}+O_{2(g)}\rightleftharpoons 2 SO_{3(g)} ; \ \Delta H=-196 \ kJ/mol

二氧化硫同氧嘅反應係一個可逆反應。

喺吸收塔入面,三氧化硫會溶喺98%硫酸,形成發煙硫酸

\ SO_{3(g)}+H_2SO_{4(l)}\rightarrow H_2S_2O_{7(l)}

發煙硫酸經適量嘅水稀釋後,就會形成98%硫酸,並冷卻同儲存。

\ H_2S_2O_{7(l)}+H_2O_{(l)}\rightarrow 2H_2SO_{4(l)}

三氧化硫同水嘅反應非常劇烈,如果直接溶喺水到,就會釋放大量熱能,形成硫酸霧,阻礙溶解過程,而且難以收集。另外,三氧化硫喺硫酸入面嘅溶解度比水高,所以硫酸製造廠唔會將三氧化硫直接溶入水。

\ SO_{3(g)}+H_2O_{(l)}\rightarrow H_2SO_{4(aq)} ; \ \Delta H=-132 \ kJ/mol

喺反應過程入面,五氧化二釩做咗一個中間物嘅角色:

\ V_2O_{5(s)}+SO_{2(g)}\rightarrow 2 VO_{2(s)}+SO_{3(g)}
\ 4 VO_{2(s)}+O_{2(g)}\rightarrow 2 V_2O_{5(s)}
\ 2 SO_{2(g)}+O_{2(g)}\rightleftharpoons 2 SO_{3(g)}

物理特性[編輯]

硫酸級數[編輯]

雖然可以整到99%硫酸,不過跟住佢會出SO₃,然後濃度就變成98.3%。98%嘅濃度係更加安全,而且呢個濃度係「濃硫酸」嘅常見狀態。唔同濃度係有唔同用途,常見嘅就有[2][3]


H₂SO₄質量佔總質量百分比
密度
(kg/L)
濃度
(mol/L)
統稱
10% 1.07 ~1 稀硫酸
29–32% 1.25–1.28 4.2–5 電池酸
(用喺鉛酸蓄電池
62–70% 1.52–1.60 9.6–11.5 鉛室酸
肥料酸
78–80% 1.70–1.73 13.5–14 塔酸
格洛弗塔酸
95–98% 1.83 ~18 濃硫酸

化學特性[編輯]

同水反應[編輯]

硫酸同水嘅混合係一個好強嘅放熱過程。一定要將硫酸倒入水而唔係將水倒入硫酸。因為呢個方法可以防止喺一下子放出勁多熱力。呢個化學反應最好嘅解釋係因為出咗水合氫離子

H2SO4 + H2OH3O+ + HSO4    K1 = 2.4 x 106   (強酸)
HSO4 + H2OH3O+ + SO42−     K2 = 1.0 x 10-2   [4]

HSO4-硫酸氫根,而SO42-硫酸根。K1同K2都係 are the 酸度係數。因為呢個反應喺熱力學入面係有利,所以硫酸係一個好好嘅吸水劑,於是佢畀人用嚟整好多生果乾。

其他化學反應[編輯]

作為一個強酸,硫酸同鹼或者鹼性氧化物產生化學作用出好多相應嘅硫酸鹽。就好似硫酸銅,好多時用嚟電鍍同埋做抗真菌劑,係要用硫酸嚟整:

CuO (s) + H2SO4 (aq) → CuSO4 (aq) + H2O (l)

硫酸亦都可以用嚟整弱酸。例如佢可以同醋酸鈉反應,換番醋酸CH3COOH出嚟,變成硫酸氫鈉

H2SO4 + CH3COONaNaHSO4 + CH3COOH

而佢同硝酸鉀亦都可以產生複分解反應,整硝酸同埋硫酸氫鉀。當佢同硝酸直接倒埋一齊,佢同時有酸同埋脫水劑嘅特性,產生離子NO+2。濃硫酸亦都可以同氯化鈉產生化學作用,變成氣體氯化氫亞硫酸氫鈉

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl

濃硫酸又可以將脫水,變成一嚿。硫酸係冇參與呢個化學反應,佢只係分解咗糖,呢個反應會放熱能同埋會出水蒸氣

C12H22O11 → 12C + 11H2O

同金屬反應[編輯]

硫酸會同大部分金屬起置換反應,產生氫氣同埋硫酸鹽。硫酸可以直接同反應,而熱或者濃硫酸可以同反應。但係就有阻力。不過同錫嘅化應係會產生二氧化硫而唔係氫。凍嘅濃硫酸會令鐵同鋅鈍化,所以可以用佢哋造嘅容器來裝濃硫酸。

Fe (s) + H2SO4 (aq) → H2 (g) + FeSO4 (aq)
Sn (s) + 2 H2SO4 (aq) → SnSO4 (aq) + 2 H2O (l) + SO2 (g)

參考[編輯]

  1. 呢個反應亦可以用(Pt)催化,但五氧化二釩較常見,一來價格平過鉑,二來鉑較易同雜質反應而損失。
  2. "sulfuric acid", The Columbia Encyclopedia (6th ed.), 2008, <http://www.encyclopedia.com/topic/sulfuric_acid.aspx>. 喺 2010-03-16 查嘅 
  3. "Sulphuric acid", Encyclopædia Britannica, 26 (11th ed.), 1910–1911, pp. 65–69 
  4. Ionization Constants of Inorganic Acids. .chemistry.msu.edu. . 喺2011-05-30搵到;.