硫酸

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
InChI InChI=1/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)
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（水）	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。

硫酸係一個強無機酸，分子式係H₂SO₄。佢嘅鹽係硫酸鹽。無論幾濃，硫酸都可以溶於水。

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

整硫酸有幾種方法，最常用係鉛室法同接觸法，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硫，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

呢個方法用一氧化氮、二氧化氮做催化劑，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。

二氧化硫喺水汽、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HNO₂同HNO₃。

接觸法

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），整出三氧化硫。

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

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。

$\ SO_{3(g)}+H_{2}SO_{4(l)}\rightarrow H_{2}S_{2}O_{7(l)}$

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。

$\ H_{2}S_{2}O_{7(l)}+H_{2}O_{(l)}\rightarrow 2H_{2}SO_{4(l)}$

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。

$\ SO_{3(g)}+H_{2}O_{(l)}\rightarrow H_{2}SO_{4(aq)}$ ；　$\ \Delta H=-132\ kJ/mol$

喺反應過程入面，五氧化二釩做咗一個中間物嘅角色：

$\ V_{2}O_{5(s)}+SO_{2(g)}\rightarrow 2VO_{2(s)}+SO_{3(g)}$

$\ 4VO_{2(s)}+O_{2(g)}\rightarrow 2V_{2}O_{5(s)}$

$\ 2SO_{2(g)}+O_{2(g)}\rightleftharpoons 2SO_{3(g)}$

物理特性

硫酸級數

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：

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

同水反應

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 + H₂O → H₃O⁺ + HSO₄⁻    K₁ = 2.4 x 10⁶   （強酸）

HSO₄⁻ + H₂O → H₃O⁺ + SO₄²⁻     K₂ = 1.0 x 10^-2  

HSO₄^-係硫酸氫根，而SO₄^2-係硫酸根。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

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 + CH₃COONa → NaHSO₄ + 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，變成氣體氯化氫同亞硫酸氫鈉：

NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl

濃硫酸又可以將糖脫水，變成一嚿碳。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，產生硝離子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：

同金屬反應

硫酸會同大部分金屬起置換反應，產生氫氣同埋硫酸鹽。硫酸可以直接同鐵、鋁、鋅、錳、鎂同鎳反應，而熱或者濃硫酸可以同錫、銅反應。但係鉛同鎢就有阻力。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

硫酸嘅危險性
識得將糖變成大嚿炭 識得將糖變成大嚿炭  識得燒傷人嘅皮膚 識得燒傷人嘅皮膚  識得將紙整穿幾隻黑窿 識得將紙整穿幾隻黑窿

硫酸屬強酸嘅一種，同帶腐蝕性嘅強酸或強鹼一樣，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。