浓硫酸

浓硫酸
浓硫酸
  浓硫酸俗称坏水。坏水指浓度大于或等于70%的硫酸溶液。浓硫酸在浓度高时具有强氧化性,这是它与普通硫酸或普通浓硫酸最大的区别之一。同时它还具有脱水性,强氧化性,难挥发性,酸性,稳定性,吸水性,腐蚀性等。

化学定义

  硫酸与硝酸盐酸,氢碘酸,氢溴酸,高氯酸并称为化学六大无机强酸。 由于浓硫酸中含有大量未电离的硫酸分子,所以具有吸水性、脱水性和强氧化性等特殊性质;而在稀硫酸中,硫酸分子已经完全电离,所以不具有浓硫酸的特殊化学性质。

物理性质

  浓硫酸特性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-3,其物质的量浓度为18.4mol·L-1。98.3%时,熔点:10℃;沸点:338℃。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。

·腐蚀性

  浓硫酸具有很强的腐蚀性,若实验时是不小心溅到皮肤上,应先用布擦干,后用小苏打溶液冲洗,不能直接用大量清水冲洗,会扩大腐蚀范围。严重的应立即送往医院。若实验时滴落在桌面上,则先用布擦干,再用水进行冲洗。

·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。
  ⑴就硫酸而言,吸水性是浓硫酸的性质,而不是稀硫酸的性质。
  ⑵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。
  ⑶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

  ⑴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。
  ⑵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。
  ⑶可被浓硫酸脱水的物质一般为含、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)。
  如C12H22O11————>12C + 11H2O3.
浓硫酸与蔗糖反应
浓硫酸与蔗糖反应

·强氧化性

  ⑴跟金属反应
  ①常温下,浓硫酸能使等金属钝化。
  ②加热时,浓硫酸可以与除金、铂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
  △Cu + 2H2SO4(浓) ==== CuSO4 + SO2↑+ 2H2O
  △2Fe + 6H2SO4(浓) ==== Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
  在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。
  ⑵跟非金属反应
  热的浓硫酸可将碳、硫、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
  ⑶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↑ + 2H2O4.

·难挥发性(高沸点)

  制氯化氢、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

  制化肥,如氮肥、磷肥等
  2NH3+H2SO4==(NH4)2SO4Ca
  3(PO3)2+2H2SO4==2CaSO4+Ca(H2PO4)

·稳定性

  浓硫酸与亚硫酸盐反应
  Na2SO3+2H2SO4==2NaHSO4+H2O+SO2↑
  Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑(加热)
  浓硫酸和稀硫酸硫酸的浓稀概念有一个大概的标准:最高的发烟硫酸密度为1.96含游离的SO3- 40%,含SO3总量达89%。一般来说密度为1.84的硫酸叫浓硫酸(注:我认为一般浓度70%以上的叫浓硫酸)其中含SO3的总量达到82%,含游离SO3 4%,它的浓度为18 mol/L,中等浓度的是指密度在1.5到1.8左右,它们的浓度分别是在9.2mol/L到16mol/L。那么稀硫酸是指密度在1.5以下,浓度在9.2mol/L以下。
  附言:浓硫酸的稀释浓硫酸溶于水后能放出大量的热,因此,在稀释浓硫酸时一定要将浓硫酸沿着烧杯壁慢慢地注入水中,并用玻璃棒不断搅拌。
  切不能将顺序颠倒,这样会引发事故。切记“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不断搅。”

浓硫酸和稀硫酸

·鉴别方法

  1.称重法
  浓硫酸比稀硫酸密度大(98%的浓硫酸密度为1.84g/mL),故在相同的体积下,重的是浓硫酸。
  2.粘度法  浓硫酸是粘稠的液体,而稀硫酸则接近于水的粘度,所以将试剂瓶拿起摇动几下,就可看出哪个是浓硫酸,液体较满时可取少许于试管中振荡。
  3.沸点法
  硫酸是高沸点的酸,98%的浓硫酸沸点为338℃,故可取少许于试管中加热,先沸腾且有大量水蒸气产生的为稀硫酸。难以沸腾的是浓硫酸。
  4.稀释法
  浓硫酸溶解于水放出大量的热,故可在小烧杯中加10mL水,沿烧杯壁慢慢加酸(切不可将水加到酸中),溶解时放出大量热的是浓硫酸。
  5.铁铝法
  分别取少许于试管中,加入铁丝或铝片,无现象的是浓硫酸,有气泡出现的是稀硫酸。因为浓硫酸在常温时可使铁、铝等金属表面快速氧化生成一种致密的氧化膜而发生“钝化”。
  6.铜碳法
  分别取两支试管,加入铜片或木炭后,再分别加入酸,然后加热,能够产生刺激性气体的是浓硫酸。
  7.胆矾法
  分别取两支试管,加入胆矾少许,再分别加入酸,晶体溶解溶液变蓝色的是稀硫酸,晶体表面变白色的是浓硫酸。
  8.纤维素法
  分别用玻璃棒蘸取两种酸在纸或木材或棉布上画痕,一段时间后,表面脱水炭化的是浓硫酸。
  9.蔗糖法
  在小烧杯中加入约10g蔗糖,滴入1mL水后,再加入酸,能使蔗糖脱水炭化产生“黑面包”的是浓硫酸。
  10.露置法
  浓硫酸具有吸水性,露置一段时间后,质量增加的是浓硫酸。
  11.亚硝酸钠法
  在试管中加入少许工业用盐,然后分别加入酸,产生刺激性气体的是浓硫酸,工业盐溶解无刺激性气体产生的是稀硫酸。
  12.电导法
  取两个碳棒作电极,插入酸中,电路中串联上小灯泡,用两节干电池构成闭合回路,小灯泡发光且较亮的是稀硫酸,因为浓硫酸中水较少,绝大部分硫酸分子没有电离,故自由移动的离子很少,导电性较差。

·浓硫酸稀释

  浓硫酸密度比水大得多,直接加入水会使水浮在硫酸表面,大量放热而使酸液沸腾,造成事故。
  浓硫酸溶于水后能放出大量的热,因此浓硫酸稀释时,常将浓硫酸沿器壁慢慢注入水中(烧瓶用玻璃棒引流),并不断搅拌,使稀释产生的热量及时散出。
浓硫酸的稀释方法
浓硫酸的稀释方法
  切不能将顺序颠倒,这样会引发事故。切记“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不断搅”。注酸入水稀释好的硫酸应冷却至室温后存放入试剂瓶中。

·浓硫酸与浓硝酸的混合

  与浓硫酸加水稀释类似,注硫入硝。

硫酸的危害

·健康危害

   对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。蒸气或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊,以致失明;引起呼吸道刺激,重者发生呼吸困难和肺水肿;高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引起消化道烧伤以致溃疡形成;严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等。皮肤灼伤轻者出现红斑、重者形成溃疡,愈后癍痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤,甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影响:牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。

·环境危害

   对环境有危害,对水体和土壤可造成污染。

·燃爆危险

   本品助燃,具强腐蚀性、强刺激性,可致人体灼伤。

工业制法

   硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。硫黄硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。

·制取二氧化硫

  燃烧硫或高温处理黄铁矿,制取二氧化硫
  S+O2═点燃═SO2
  4FeS2+11O2═高温═8SO2+2Fe2O3

·接触氧化为三氧化硫

  2SO2+O2═2SO3(用五氧化二钒做催化剂该反应为可逆反应)

·用98.3%硫酸吸收

  SO3+H2SO4═H2SO4 · x SO3(硫酸分子结合若干个三氧化硫分子,形成发烟硫酸)SO3+H2SO4═H2S2O7(焦硫酸)

·加水

  H2SO4·x SO3+xH2O═(x+1)H2SO4H2S2O7+H2O═2H2SO4

·提纯工艺

  可将工业浓硫酸进行蒸馏,便可得到浓度95%-98%的商品浓硫酸.

·其他方法

  磷酸反应后,利用磷石膏,工业循环利用,使用二水法制硫酸。

硫酸的特性及安全使用

·理化性状和用途

  无色油状腐蚀性液体,有强烈的吸湿性。密度:1.8g/cm3,熔点10.4℃,沸点: 280℃。用于制造硫酸铵、磷酸、硫酸铝合成药物、合成染料、合成洗涤剂合金属酸洗剂。

·毒性

  属中等毒类。对皮肤粘膜具有很强的腐蚀性。
  最高容许浓度:2 mg/m3

·短期过量暴露的影响

  吸入:吸入高浓度的硫酸酸雾能上呼吸道刺激症状,严重者发生喉头水肿、支气管炎甚至肺水肿。
  眼睛接触:溅入硫酸后引起结膜炎及水肿,角膜浑浊以至穿孔。
  皮肤接触:局部刺痛,皮肤由潮红转为暗褐色。
  口服:误服硫酸后,口腔、咽部、胸部和腹部立即有剧烈的灼热痛,唇、口腔、咽部均见灼伤以致形成溃疡,呕吐物及腹泻物呈黑色血性,胃肠道穿孔。口服浓硫酸致死量约为5毫升。

·长期暴露的影响

   长期接触硫酸雾者,可有鼻粘膜萎缩伴有嗅觉减退或消失、慢性支气管炎和牙齿酸蚀等症状。

·火灾和爆炸

  本品虽不燃,但很多反应却会起火或爆炸,如与金属会产生可燃性气体,与水混合会大量放热。着火时立刻用干粉、泡沫灭火等方法。

·化学反应性

  本品为强氧化剂,与可燃性、还原性物质激烈反应。

·人身防护

  吸入:硫酸雾浓度超过暴露限值,应佩戴防酸型防毒口罩。
  眼睛:带化学防溅眼镜。
  皮肤:戴橡胶手套,穿防酸工作服和胶鞋。工作场所应设安全淋浴和眼睛冲洗器具。

·急救

  吸入: 将患者移离现场至空气新鲜处,有呼吸道刺激症状者应吸氧。
  眼睛:张开眼睑用大量清水或2%碳酸氢钠溶液彻底冲洗。
  皮肤:用干布擦(用水会扩大烧伤面积)。
  口服:立即用氧化镁悬浮液、牛奶、豆浆等内服。
  注:所有患者应请医生或及时送医疗机构治疗。

·储藏和运输

  与可燃性和还原性及强碱物质分开。
  包装号为5(甲)、8(甲)(十)。

·安全和处理

  注意对硫酸雾的控制,加强通风排气。车间内要有方便的冲洗器具。
  注:在稀释酸时决不可将水注入酸中,只能将酸注入水中。

对环境的影响

·健康危害侵入途径:吸入、食入

  健康危害:
  对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。对眼睛可引起结膜炎、水肿、角膜混浊,以致失明;引起呼吸道刺激症状,重者发生呼吸困难和肺水肿;高浓度引起喉痉挛或声门水肿而死亡。口服后引起消化道的烧伤以至溃疡形成。严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、喉痉挛和声门水肿、肾损害、休克等。慢性影响有牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。

·毒理学资料及环境行为毒性:属中等毒性

  急性毒性
  LD5080mg/kg(大鼠经口);LC50510mg/m3,2小时(大鼠吸入);320mg/m3,2小时(小鼠吸入)危险特性:与易燃物(如苯)和有机物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。能与一些活性金属粉末发生反应,放出氢气。遇水大量放热,可发生沸溅。具有强腐蚀性。
  燃烧(分解)产物:氧化硫。