化學(xué)性質(zhì)
腐蝕性
純硫酸加熱至290℃分解放出部分三氧化硫,直至酸的濃度降到98.3%為止,這時(shí)硫酸為恒沸溶液,沸點(diǎn)為338°C。無水硫酸體現(xiàn)酸性是給出質(zhì)子的能力,純硫酸仍然具有很強(qiáng)的酸性,98%硫酸與純硫酸的酸性基本上沒有差別,而溶解
三氧化硫的發(fā)煙硫酸是一種超酸體系,酸性強(qiáng)于純硫酸,但是廣泛存在一種誤區(qū),即稀硫酸的酸性強(qiáng)于濃硫酸,這種想法是錯(cuò)誤的。的確,稀硫酸第一步
電離完全,產(chǎn)生大量的
水合氫離子H
3O
+;但是濃硫酸和水一樣,自身自偶電離會(huì)產(chǎn)生一部分硫酸合氫離子H
3SO
4+,正是這一部分硫酸合質(zhì)子,導(dǎo)致純硫酸具有非常強(qiáng)的酸性,雖然少,但是酸性卻要比水合質(zhì)子強(qiáng)得多,所以純硫酸的
哈米特酸度函數(shù)高達(dá)-12.0。
在硫酸
溶劑體系中,H
3SO
4+經(jīng)常起酸的作用,能質(zhì)子化很多
物質(zhì)產(chǎn)生離子型
化合物:
NaCl+ H
2SO
4==NaHSO
4+HCl(不加熱都能很快反應(yīng))
KNO
3+ H
2SO
4→K
++HSO
4-+HNO
3
HNO
3+ H
2SO
4→NO
2++H
3O
++2HSO
4-
CH
3COOH+ H
2SO
4→CH
3C(OH)
2++HSO
4-
HSO
3F+ H
2SO
4→H
3SO
4++SO
3F
-(
氟磺酸酸性更強(qiáng))
上述與HNO
3的反應(yīng)所產(chǎn)生的NO
2+,有助于
芳香烴的硝化反應(yīng)。
濃硫酸特性
1.脫水性
脫水指濃硫酸脫去非游離態(tài)水分子或按照水的氫氧原子組成比脫去有機(jī)物中氫氧元素的過程。就硫酸而言,
脫水性是濃硫酸的性質(zhì),而非稀硫酸的性質(zhì),濃硫酸有脫水性且脫水性很強(qiáng),脫水時(shí)按水的組成比脫去。物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是
化學(xué)變化,反應(yīng)時(shí),濃硫酸按水分子中氫氧原數(shù)的比(2:1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子或脫去非游離態(tài)的結(jié)晶水,如
五水硫酸銅(CuSO
4·5H
2O)。
濃硫酸迅速蝕穿毛巾
可被濃硫酸脫水的物質(zhì)一般為含
氫、
氧元素的有機(jī)物,其中
蔗糖、木屑、紙屑和
棉花等物質(zhì)中的
有機(jī)物,被脫水后生成了黑色的
炭,這種過程稱作
炭化。一個(gè)典型的炭化現(xiàn)象是蔗糖的黑面包反應(yīng)。在200mL燒杯中放入20g
蔗糖,加入幾滴水,水加適量,攪拌均勻。然后再加入15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸,迅速攪拌。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。可以看到
蔗糖逐漸變黑,體積膨脹,形成疏松多孔的海綿狀的炭,反應(yīng)放熱,還能聞到刺激性氣體。
C12H22O11==濃硫酸==12C+11H2O
同時(shí)進(jìn)行碳與濃硫酸反應(yīng):
C+2H2SO4(濃)==加熱==CO2↑+2SO2↑+2H2O
2.強(qiáng)氧化性
(1)與金屬反應(yīng)
①常溫下濃硫酸能使鐵、鋁等金屬
鈍化。②加熱時(shí),濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應(yīng),生成高價(jià)金屬硫酸鹽,本身一般被還原成
二氧化硫。
Cu+2H
2SO
4(濃)==
加熱==CuSO
4+SO
2↑+2H
2O
2Fe+6H
2SO
4(濃)==
加熱==Fe
2(SO
4)
3+3SO
2↑+6H
2O
在上述反應(yīng)中,硫酸表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性和酸性。
(2)與非金屬反應(yīng)
熱的濃硫酸可將
碳、
硫、
磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價(jià)態(tài)的
氧化物或
含氧酸,本身被還原為
二氧化硫。在這類反應(yīng)中,濃硫酸只表現(xiàn)出
氧化性。
C+2H
2SO
4(濃)=
加熱=CO
2↑+2SO
2↑+2H
2O
S+H
2SO
4(濃)==
加熱==3SO
2↑+2H
2O
硫酸分子的球棍模型
2P+5H2SO4(濃)==加熱==2H3PO4+5SO2↑+2H2O
(3)與其他還原性物質(zhì)反應(yīng)
濃硫酸具有強(qiáng)氧化性,實(shí)驗(yàn)室制取
硫化氫、
溴化氫、
碘化氫等還原性氣體不能選用濃硫酸。
H
2S+H
2SO
4(濃)==S↓+SO
2↑+2H
2O
2HBr+H
2SO
4(濃)==Br
2↑+SO
2↑+2H
2O
2HI+H
2SO
4(濃)==I
2↓+SO
2↑+2H
2O
稀硫酸特性
性質(zhì)
-
可與多數(shù)金屬(比銅活潑)和絕大多數(shù)金屬氧化物反應(yīng),生成相應(yīng)的硫酸鹽和水;
-
可與所含酸根離子對(duì)應(yīng)酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應(yīng),生成相應(yīng)的
硫酸鹽和弱酸;
-
可與
堿反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽和水;
-
可與氫前金屬在一定條件下反應(yīng),生成相應(yīng)的硫酸鹽和
氫氣;
-
-
檢驗(yàn)
所需藥品:經(jīng)過鹽酸酸化的
氯化鋇溶液,
鎂粉。
檢驗(yàn)方法:使用經(jīng)過鹽酸(HCl)酸化的的
氯化鋇(BaCl
2)。向待測(cè)物溶液滴入幾滴經(jīng)過鹽酸酸化的氯化鋇溶液,震蕩,如果產(chǎn)生白色沉淀;向溶液中加入鎂粉后生成可燃性氣體,則待測(cè)溶液中含有硫酸。但此方法僅限中學(xué)階段。
常見誤區(qū)
稀硫酸在中學(xué)階段,一般當(dāng)成H2SO4=2H++SO42-,兩次完全電離,其實(shí)不是這樣的。根據(jù)硫酸酸度系數(shù)pKa1=-3.00,pKa2=1.99,其二級(jí)電離不夠充分,在稀硫酸中HSO4-=可逆=H++SO42-,并未完全電離,1mol/L的硫酸一級(jí)電離完全,二級(jí)電離約電離10%,也就是溶液中仍存在大量的HSO4-。而即使是NaHSO4溶液0.1mol/L時(shí),硫酸氫根也只電離了約30%