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濃硫酸

鎖定
濃硫酸,是質量分數大於或等於70%的硫酸水溶液,俗稱壞水。濃硫酸具有強腐蝕性:在常壓下,沸騰的濃硫酸可以腐蝕除之外所有金屬,其可以腐蝕的金屬單質種類的數量甚至超過了王水(但腐蝕速率則各有所長)。硫酸在濃度高時具有強氧化性,這是它與稀硫酸最大的區別之一。同時它還具有脱水性,難揮發性酸性吸水性等。與硝酸相似,還原產物受還原劑種類及量影響可能為二氧化硫,硫單質或硫化物
中文名
濃硫酸
外文名
Concentrated sulfuric acid
密    度
1.84 g/cm³(質量分數98.3%)
特    性
脱水性,難揮發性,酸性等
本    質
質量分數大於或等於70%的硫酸水溶液

濃硫酸化學定義

濃硫酸是指質量分數大於等於70%的硫酸水溶液。
硫酸是一種具有高腐蝕性的強礦物酸,化學式為H2SO4,與硝酸鹽酸氫碘酸氫溴酸高氯酸並稱為化學六大無機強酸。

濃硫酸性質

濃硫酸 濃硫酸
由於濃硫酸中含有大量未電離的硫酸分子(強酸溶液中的酸分子不一定全部電離成離子,酸的強弱是相對的),所以濃硫酸具有吸水性脱水性(俗稱炭化,即腐蝕性)和強氧化性等特殊性質;而在稀硫酸中,硫酸分子已經完全電離,所以不具有濃硫酸的特殊化學性質。發煙硫酸是無色或棕色油狀稠厚的發煙液體(棕色是因為其中含有少量鐵離子),具有強烈刺激性臭味,吸水性很強,與水可以任何比例混合,並放出大量稀釋熱。所以進行稀釋濃硫酸的操作時,應將濃硫酸沿容器壁慢慢注入水中,並不斷用玻璃棒攪拌。

濃硫酸物理性質

除了酸固有的化學性質外,濃硫酸還具有自己特殊的性質,與稀硫酸有很大差別,主要原因是濃硫酸溶液中存在大量未電離的硫酸分子(硫酸分子亦可以進行自偶電離),這些硫酸分子使濃硫酸有很強的性質。
濃鹽酸、濃硝酸和濃硫酸的對比

濃鹽酸
濃硫酸
濃硝酸
顏色狀態等
無色有刺激性氣味的液體
無色黏稠,油狀液體
無色有刺激性氣味液體,如長時間放置或光照會變黃
個性對比
有揮發性,在空氣裏會生成白霧,有刺激性氣味
不揮發,有吸水性(可做乾燥劑),有脱水性(化學性質,使有機物炭化)
有揮發性,在空氣裏會生成白霧,有刺激性氣味
腐蝕性
有腐蝕性,對活潑金屬腐蝕性強
強腐蝕性
強腐蝕性
純硫酸是一種無色無味油狀液體。常用的濃硫酸中H2SO4的質量分數為98.3%,其密度為1.84g·cm-3。98.3%時,熔點:10℃;沸點:338℃。硫酸是一種高沸點難揮發的強酸,易溶於水,能以任意比與水混溶。濃硫酸溶解時放出大量的熱,因此濃硫酸稀釋時應該“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不斷攪”。

濃硫酸強腐蝕性

濃硫酸具有很強的腐蝕性,若實驗時是不小心濺到皮膚或衣服上,應立即用大量水沖洗,不僅能減少濃硫酸在皮膚上停留的時間,還能在第一時間稀釋濃硫酸,減少其對人體的傷害,並且就算其溶於水會有熱量放出,但是大量事實證明,沖洗時流水會帶走熱量,產生的熱對人體幾乎無影響(切記不可用布擦,因為濃硫酸有強脱水性,接觸皮膚後會使之炭化,用布擦就會擦掉皮膚組織。但若需在試卷上作答,則以課本內容為準),然後塗上3%~5%的碳酸氫鈉溶液(切不可用氫氧化鈉等強鹼)。嚴重的應立即送往醫院。若實驗時滴落在桌面上,則用布擦乾即可。

濃硫酸吸水性

將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中,其質量將增加,密度將減小,濃度降低,體積變大,這是因為濃硫酸具有吸水性,能吸附空氣中的水。
常做乾燥劑。濃硫酸常做為洗氣裝置,濃硫酸熟知的除了能夠吸收空氣中的水外,還可以乾燥中性和酸性氣體,例如中性氣體:一氧化碳氧氣氮氣和所有的稀有氣體
濃硫酸不能用作鹼性氣體(例如氨氣)的洗氣裝置,因為濃硫酸與氨氣反應。
濃硫酸不可乾燥溴化氫碘化氫硫化氫等還原性氣體。
濃硫酸實際上不能幹燥二氧化硫,因為二氧化硫易溶於濃硫酸
需要特別注意的是,硫酸不能幹燥二氧化氮因為NO2溶於濃硫酸生成亞硝基硫酸等一些物質。

濃硫酸脱水性

  • 脱水性是濃硫酸的性質,而非稀硫酸的性質,即濃硫酸有脱水性且脱水性很強。
  • 脱水性是濃硫酸的化學特性,物質被濃硫酸脱水的過程是化學變化的過程,反應時,濃硫酸按水分子中氫氧原子數的比(2∶1)奪取被脱水物中的氫原子和氧原子。
  • 蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質中的有機物,被脱水後生成了黑色的炭(炭化),並會產生二氧化硫,故實驗一定要在通風良好的情況下進行,否則有一定危險。
硫酸催化製取乙酸乙酯 硫酸催化製取乙酸乙酯
反應過程分兩步,先是蔗糖C12H22O11在濃硫酸作催化劑作用下脱水,生成碳和水(試驗後蔗糖會變黑,黑的的就是碳顆粒):
第二步,脱水反應產生的大量熱讓濃硫酸和C發生反應:
利用脱水性,能夠催化一些有機反應。
乙烯實驗室製法(濃硫酸作催化劑,脱水劑):

濃硫酸強氧化性

還原產物
  • 濃硫酸由於還原劑的量,種類的不同可能被還原為SO2,S或H2S: [1] 
  • 例如,還原劑過量時,HBr,H2S和HI分別將濃硫酸還原為不同物質 [1] 
  • 還原劑量不同時,產物也可能有所不同: [1] 
相關反應
  • 與金屬反應
①常温下,濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。主要原因是硫酸分子與這些金屬反應生成緻密的氧化物薄膜,防止硫酸分子繼續與金屬反應。
②常壓加熱時,濃硫酸可以與除銥,釕之外的所有金屬(包括鉑,金)反應,生成高價金屬硫酸鹽,本身被還原成SO2,S,H2S或金屬硫化物:
(副反應有
等)
(338℃的沸騰96%濃硫酸中,鉑腐蝕速率0.4mm/年以上;金的腐蝕速率則不超過0.04mm/年)
在上述反應中,硫酸表現出了氧化性和酸性。
熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質氧化到其高價態的氧化物或含氧酸,本身被還原為SO2。在這類反應中,濃硫酸只表現出氧化性。
濃硫酸具有強氧化性,實驗室製取H2S、HI等還原性氣體不能選用濃硫酸做乾燥劑:
H2S + H2SO4(濃) =S↓ +SO2+ 2H2O
8HI + H2SO4(濃) = 4I2↓+ H2S+ 2H2O

濃硫酸難揮發性

(高沸點)制氯化氫硝酸等(原理:利用難揮發性酸制易揮發性酸) 如,用固體氯化鈉與濃硫酸反應制取氯化氫氣體。
2NaCl(固)+H2SO4(濃)=Na2SO4+2HCl↑
Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2
再如,利用濃鹽酸與濃硫酸可以制氯化氫氣。利用了濃硫酸的脱水性,脱去了濃鹽酸中的水。

濃硫酸酸性

制化肥,如氮肥、磷肥等。
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
NH3+H2SO4=NH4HSO4
Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2

濃硫酸稀釋方法

濃硫酸密度比水大得多,直接將水加入濃硫酸會使水浮在濃硫酸表面,大量放熱而使酸液沸騰濺出,造成事故。
硫酸稀釋方法 硫酸稀釋方法
因此,濃硫酸稀釋時,常將濃硫酸沿器壁慢慢注入水中(燒瓶用玻璃棒引流),並不斷攪拌,使稀釋產生的熱量及時散出。
切不能將順序顛倒,這樣會引發事故。切記“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不斷攪”,“稀釋那濃硫酸,濃酸入水滴,沿器壁慢慢倒,攪拌手不離(化學版《青花瓷》)”。
稀釋好的硫酸應冷卻至室温後存放入試劑瓶中。
濃硫酸與濃硝酸的混合
與濃硫酸加水稀釋類似,注硫酸入硝酸,混酸具有很強的氧化性,也常用於將醇類物質的羥基轉化為硝酰氧基(硝酸酯) [2] 

濃硫酸硫酸危害

硫酸具有極高的腐蝕性,特別是高濃度硫酸。高濃度的硫酸不光為強酸性,也具有強烈去水及氧化性質:除了會和肉體裏的蛋白質及脂肪發生水解反應並造成嚴重化學性燒傷之外,它還會與碳水化合物發生高放熱性去水反應並將其碳化,造成二級火焰性灼傷,對眼睛及皮肉造成極大傷害。
健康危害: 對皮膚、粘膜等組織有強烈的刺激和腐蝕作用。蒸氣或霧可引起結膜炎、結膜水腫、角膜混濁,以致失明;引起呼吸道刺激,重者發生呼吸困難和肺水腫;高濃度引起喉痙攣或聲門水腫而窒息死亡。口服後引起消化道燒傷以致潰瘍形成;嚴重者可能有胃穿孔、腹膜炎、腎損害、休克等。皮膚灼傷輕者出現紅斑、重者形成潰瘍,愈後癍痕收縮影響功能。濺入眼內可造成灼傷,甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影響:牙齒酸蝕症、慢性支氣管炎、肺氣腫和肺硬化。
環境危害: 對環境有危害,對水體和土壤可造成污染。
燃爆危險: 本品助燃,具強腐蝕性、強刺激性,可致人體灼傷及皮肉碳化。
工業製法: 硫酸的原料有硫黃、硫鐵礦、有色金屬冶煉煙氣、石膏、硫化氫、二氧化硫和廢硫酸等。硫黃、硫鐵礦和冶煉煙氣是三種主要原料。

濃硫酸與稀硫酸

濃硫酸區別標準

硫酸的濃稀概念有一個大概的標準:最高的發煙硫酸密度約為2g/cm3,含遊離的SO3約60%。一般來説密度為1.61g/mL的硫酸叫濃硫酸(注:一般認為濃度70%以上硫酸的叫濃硫酸)其中摺合含SO3的量達到82%,它的濃度為18 mol/L,中等濃度的是指密度在1.5到1.8左右,它們的濃度分別是在9.2mol/L到16mol/L。那麼稀硫酸是指密度在1.5g/mL以下,濃度在9.2mol/L以下。

濃硫酸鑑別方法

1、稱重法
濃硫酸比稀硫酸密度大(98%的濃硫酸密度為1.84g/mL),故在相同的體積下,重的是濃硫酸。
2、粘度法
濃硫酸是粘稠的液體,而稀硫酸則接近於水的粘度,所以將試劑瓶拿起搖動幾下,就可看出哪個是濃硫酸,液體較滿時可取少許於試管中振盪。但是在沒有對照時不推薦使用。
3、沸點法
硫酸是高沸點的酸,98%的濃硫酸沸點為338℃,故可取少許於試管中加熱,先沸騰且有大量水蒸氣產生的為稀硫酸,注意不要吸入蒸汽,因為會有少量酸液隨水蒸出。難以沸騰的是濃硫酸。
4、稀釋法
將濃硫酸沿着器壁慢慢注入水裏,並不斷攪拌。(切不可將水注入濃硫酸,這樣會液滴四濺。解釋:水的密度小,水會浮在濃硫酸上面,溶解時放出的熱使水沸騰,造成硫酸液滴飛濺,非常危險)稀釋時放出大量熱的是濃硫酸。
5、鐵鋁法
分別取少許於試管中,加入鐵絲或鋁片,無現象的是濃硫酸,有氣泡出現的是稀硫酸。因為濃硫酸在常温時可使鐵、鋁等金屬表面快速氧化生成一種緻密的氧化膜而發生“鈍化”,但是如果在硫酸溶液中加入少量氯離子則會催化氧化膜的分解,一種説法是氯離子與氧化膜形成絡合物,還有一種説法是認為氯離子半徑小於氧化物分子間間隔,氯離子能進入氧化膜內部,繼續參與反應。
6、銅碳法
分別取兩支試管,加入銅片或木炭後,再分別加入酸,然後加熱,能夠產生刺激性氣體的是濃硫酸。刺激性氣體為二氧化硫。
7、膽礬法
分別取兩支試管,加入膽礬少許,再分別加入酸,晶體溶解溶液變藍色的是稀硫酸,晶體表面變白色的是濃硫酸。這個變化既是物理變化又是化學變化。
8、纖維素法
分別用玻璃棒蘸取兩種酸在紙或木材或棉布上畫痕,一段時間後,表面脱水炭化變黑的是濃硫酸。
9、蔗糖法
在小燒杯中加入約10g蔗糖,滴入1mL水後,再加入酸,能使蔗糖脱水炭化產生“黑麪包”的是濃硫酸。此反應中利用濃硫酸與水放熱促進反應發生,水作催化劑。
10、露置法
濃硫酸具有吸水性,露置一段時間後,質量增加的是濃硫酸,稀硫酸可能因水揮發而質量減少。
11、亞硝酸鈉法
在試管中加入少許工業用鹽,然後分別加入酸,產生刺激性氣體和紅色氣體的是濃硫酸,工業鹽溶解無刺激性氣體產生的是稀硫酸。刺激性氣體主要是二氧化氮和二氧化硫。
12、電導法
取兩個碳棒作電極,插入酸中,電路中串聯上小燈泡,用兩節乾電池構成閉合迴路,小燈泡發光且較亮的是稀硫酸,因為濃硫酸中水較少,絕大部分硫酸分子沒有電離,故自由移動的離子很少,導電性較差。但是濃硫酸與碳能發生反應,所以應使用鉭等惰性金屬絲作電極。(注:濃硫酸因為自偶電離
產生自由移動的離子而有較弱導電性)
13、氯化鈉法
在兩隻試管中加入少許氯化鈉,然後分別加入酸,產生刺激性氣味氣體的是濃硫酸,氯化鈉溶解無刺激性氣味氣體產生的是稀硫酸。氯化鈉與濃硫酸反應生成硫酸鈉和有刺激性氣味的氣體氯化氫。

濃硫酸安全信息

濃硫酸健康危害

侵入途徑:吸入、食入。
健康危害:對皮膚、粘膜等組織有強烈的刺激和腐蝕作用。對眼睛可引起結膜炎、水腫、角膜混濁,以致失明;引起呼吸道刺激症狀,重者發生呼吸困難和肺水腫;高濃度引起喉痙攣或聲門水腫而死亡。口服後引起消化道的燒傷以至潰瘍形成。嚴重者可能有胃穿孔、腹膜炎、喉痙攣和聲門水腫、腎損害、休克等。慢性影響有牙齒酸蝕症、慢性支氣管炎、肺氣腫和肺硬化。
環境危害:對環境有危害,對水體和土壤可造成污染。
本品助燃,具強腐蝕性、強刺激性,可致人體灼傷。

濃硫酸毒理學數據

毒理學資料及環境行為
毒性:屬中等毒性。
急性毒性:LD50:80mg/kg(大鼠經口);LC50:510 mg/m³,2小時(大鼠吸入);320 mg/m³,2小時(小鼠吸入)
危險特性:與易燃物(如苯)和有機物(如糖、纖維素等)接觸會發生劇烈反應,甚至引起燃燒。能與一些活性金屬粉末發生反應,放出氫氣。遇水大量放熱,可發生沸濺。具有強腐蝕性。
燃燒(分解)產物:氧化硫。

濃硫酸管制信息

硫酸(易製毒-3),該品根據《危險化學品安全管理條例》《易製毒化學品管理條例》受公安部門管制。 [3] 

濃硫酸歷史

濃硫酸西方早期

硫酸發現於公元8世紀。阿拉伯煉丹家賈比爾通過乾餾硫酸亞鐵晶體得到硫酸。
約翰·道爾頓在1808年繪製的早期硫酸分子圖顯示了硫酸有一個位於中心的硫原子並與三個氧原子建立共價鍵。
一些早期對化學有研究的人,如拉齊,賈比爾等,還寫了有關硫酸及與其相關的礦物質的分類名單;其他一些人,如伊本·西那醫師,則較為重視硫酸的種類以及它們在醫學上的價值。
在17世紀,德國化學家Johann Rudolf Glauber將硫與硝酸鉀混合蒸汽加熱製出硫酸,在這過程中,硝酸鉀分解並氧化硫,令其成為能與水混合並變為硫酸的三氧化硫(SO3)。
於是,在 1736年,倫敦藥劑師Joshua Ward用此方法開拓大規模的硫酸生產。
在1746年,John Roebuck則運用這個原則,開創鉛室法,以更低成本有效地大量生產硫酸。
經過多番的改良後,這個方法在工業上已被採用了將近兩個世紀。 由John Roebuck創造的這個生產硫酸的方法能製造出濃度為65%的硫酸,後來,法國化學家約瑟夫·路易·蓋-呂薩克以及英國化學家John Glover將其改良,使其能製造出濃度高達78%的硫酸,可是這濃度仍不能滿足一些工業上的用途。

濃硫酸中國早期

在古代中國,稀硫酸被稱為“綠礬油”。 在公元650~683年(唐高宗時),煉丹家孤剛子在其所著《黃帝九鼎神丹經訣》卷九中就記載着“煉石膽取精華法”,即乾餾石膽(膽礬)而獲得硫酸。

濃硫酸西方中期

在18世紀初,硫酸的生產都依賴以下的方法:黃鐵礦(FeS2)被燃燒成硫酸亞鐵(FeSO4),然後再被燃燒,變為能在480 °C下分解成氧化鐵以及能用以製造任何濃度硫酸的三氧化硫硫酸鐵(Fe2(SO4)3)。可惜,此過程的龐大成本阻礙了濃硫酸的廣泛運用。

濃硫酸現代

後來,到了1831年,英國制醋商人Peregrine Phillips想到了接觸法,能以更低成本製造出三氧化硫以及硫酸,這種方法在現今已被廣泛運用。

濃硫酸注意事項

濃硫酸泄露處理

迅速撤離泄漏污染區人員至安全區,並進行隔離,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防酸鹼工作服。不要直接接觸泄漏物。儘可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。
小量泄漏:用砂土、乾燥石灰或蘇打灰混合。也可以用大量水沖洗,洗水稀釋後放入廢水系統。
大量泄漏:構築圍堤或挖坑收容。用泵轉移至槽車或專用收集器內,回收或運至廢物處理場所處置。

濃硫酸操作

密閉操作,注意通風。操作儘可能機械化、自動化。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防毒面具(全面罩),穿橡膠耐酸鹼服,戴橡膠耐酸鹼手套。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸煙。遠離易燃、可燃物。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與還原劑、鹼類、鹼金屬接觸。搬運時要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或製備溶液時,應把酸加入水中,避免沸騰和飛濺。

濃硫酸儲存

儲存於陰涼、通風的庫房。庫温不超過35℃,相對濕度不超過85%。保持容器密封。應與易(可)燃物、還原劑、鹼類、鹼金屬、食用化學品分開存放,切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。

濃硫酸運輸

本品鐵路運輸時限使用鋼製企業自備罐車裝運,裝運前需報有關部門批准。鐵路非罐裝運輸時應嚴格按照鐵道部《危險貨物運輸規則》中的危險貨物配裝表進行配裝。起運時包裝要完整,裝載應穩妥。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與易燃物或可燃物、還原劑、鹼類、鹼金屬、食用化學品等混裝混運。運輸時運輸車輛應配備泄漏應急處理設備。運輸途中應防曝曬、雨淋,防高温。公路運輸時要按規定路線行駛,勿在居民區和人口稠密區停留。

濃硫酸處理

如果不小心將硫酸滴在手上,立即用大量清水沖洗,並塗上濃度為3%左右的碳酸氫鈉溶液,做完急救處理後,迅速到附近醫院做灼傷處理,避免對皮膚有進一步傷害。
參考資料