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 Y
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:S1/2 S26 Template:S30 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
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。

; 

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

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。

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。

; 

喺反應過程入面,五氧化二釩做咗一個中間物嘅角色:

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都係酸度系數。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。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

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。化學家就用以上特性,用渠做親電芳香取代反應入面硝化反應嘅催化劑。機理如下:

Aromatic nitration mechanism

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嚟裝濃硫酸。

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

危險性[編輯]

硫酸屬強酸嘅一種,同帶腐蝕性強酸強鹼一樣,佢識得同蛋白質脂肪發生酰胺水解作用同埋酯水解作用而達到分解生物組織,造成化學性燒傷。因為佢重識得放出大量熱能,所以亦會造成二級燒傷。一唔小心入眼嘅會導致永久性失明。一唔小心食咗佢,亦會令內臟造成傷害兼冇得醫返轉頭嗰隻。另外,佢啲腐蝕性亦可以整爛好多張紙都得,亦識得將普通嘅糖變成大嚿炭。由於佢有好犀利嘅氧化性,所以佢亦好易同大量金屬產生氧化還原反應

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 (第6版), 2008, 喺2010-03-16搵到
  3. "Sulphuric acid", Encyclopædia Britannica,第26卷 (第11版), 1910–1911, pp. 65–69
  4. "Ionization Constants of Inorganic Acids". .chemistry.msu.edu. 喺2011-05-30搵到.