硫酸

硫酸是一种无色无味油状液体,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。酸是基本化学工业中重要产品之一。它不仅作为许多化工产品的原料,而且还广泛地应用于其他的国民经济部门。

.基本概念

中文名称:硫酸  

英文名称:sulfuric acid   

法文名称:Sulfate

化学式:H2SO4

相对分子质量:98.08

成分/组成信息:硫酸 98.0()<70% ()

密度:98%的浓硫酸 1.84g/mL

摩尔质量:98%的浓硫酸 98g/mol

物质的量浓度:98%的浓硫酸 18.4mol/L

中心原子杂化方式:sp3

结构:硫酸结构式

.基本性质

物理性质

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。” 若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生"发烟"现象,这样含有SO3的硫酸称为"发烟硫。   

硫酸是一种无色油状液体,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。  

100%的硫酸熔沸点:熔点10 沸点290 但是100%的硫酸并不是最稳定的,沸腾时会分解一部分,变为98.3%的浓硫酸,成为338(硫酸水溶液的) 恒沸物。

加热浓缩硫酸也只能最高达到98.3%的浓度。   

98.3%硫酸的熔沸点:熔点:10;沸点:338

化学性质

浓硫酸化学性质

1.脱水性

(1)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。   

(2)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,也可以脱去一些盐中的结晶水,如(CuSO4·5H2O)。   

(3)可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、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  浓硫酸的腐蚀性

了黑色的炭(炭化)。  

浓硫酸 如C12H22O1112C + 11H2O   

(4)200mL烧杯中放入20g蔗糖,加入几滴水,水不能加多,搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸,迅速搅拌。观察实验现象。   

可以看到蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,形成疏松多孔的海绵状的炭。

2.强氧化性

(1)跟金属反应   

①常温下浓硫酸能使铁、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()═加热═CuSO4+SO2+2H2O   

2Fe+6H2SO4()Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O  

在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。  

(2)非金属反应    

热的浓硫酸可将碳、硫、磷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()=加热=CO2+2SO2+2H2O   

S+2H2SO4()=加热=3SO2+2H2O   

2P+5H2SO4()=加热=2H3PO4+5SO2+2H2O   

(3)跟其他还原性物质反应

浓硫酸具有强氧化性,实验室制取H2SHBrHI等还原性气体不能选用浓硫酸。

H2S+H2SO4()=S+SO2+2H2O   

2HBr+H2SO4()=Br2+SO2+2H2O   

2HI+H2SO4()=I2 +SO2+2H2O

3.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  

NaCl()+H2SO4()NaHSO4+HCl(常温)   

2NaCl()+H2SO4()═加热═Na2SO4+2HCl(加热)   

Na2SO3+H2SO4Na2SO4+H2O+SO2↑   

再如,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。  

酸性:制化肥,如氮肥、磷肥等  

2NH3+H2SO4(NH4)2SO4   

Ca3(PO4)2+2H2SO42CaSO4+Ca(H2PO4)2   

稳定性:浓硫酸与亚硫酸盐反应  

Na2SO3+H2SO4Na2SO4+H2O+SO2

稀硫酸化学性质

化学性质

1.可与多数金属(比活泼)氧化物反应,生成相应的硫酸盐和水   

2.可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应,生成相应的硫酸盐和弱酸;   

3.可与碱反应生成相应的硫酸盐和水;   

4.可与氢前金属在一定条件下反应,生成相应的硫酸盐和氢气;   

5.加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。   

6.电解质,在水中发生电离H2SO4=2H+ + SO4 2-

吸水性

它是良好的干燥剂。用以干燥酸性和中性气体,如CO2H2N2NO2HClSO2等,不能干燥碱性气体,如NH3,以及常温下具有还原性的气体,如H2S。   吸水性与脱水性有很大的不同:脱水性一般反应前没有水,而是HO元素以个数比21的形式形成水,从有机物或结晶水合物中出来。   

还有在实验室制取乙烯的过程中,体现浓硫酸的吸水性,促使反应向正反应方向进行。在一些硫酸作催化剂的反应中,尤其是是浓硫酸,一般都体现硫酸的吸水性。  

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。

三.制作方法

实验室硫酸制法

可以用FeSO4.7H2O加强热,用冰水混合物+U型管冷凝即可,用NaOH吸收SO2,理论可得29.5%H2SO4关键在于尾气吸收。

其他硫酸制备工艺

1、氨酸法增浓低浓度二氧化硫气体生产硫酸方法   

2、采用就地再生的硫酸作为催化剂的一体化工艺   

3、草酸生产中含硫酸废液的回收利用   

4、从芳族化合物混酸硝化得到废硫酸的纯化与浓缩工艺   

5、从氧化生产过程中排出的废硫酸溶液的再生方法   

6、从稀硫酸中分离有机磷化合物和其它杂质的方法   

7、从制备2-羟基-4-甲硫基丁酸(MHA)工艺的含硫副产物中回收硫酸的方法   

8、催化氧化回收含有机物废硫酸的方法   

9、电瓶用硫酸生产装置   

10、二氧化硫源向硫酸的液相转化方法   

11、沸腾炉焙烧硫磺制备硫酸的方法   

12、沸腾炉掺烧硫磺生产装置中稀酸的回收利用   

13、高浓二氧化硫气三转三吸硫酸生产方法   

14、高温浓硫酸液下泵耐磨轴套   

15、高效阳极保护管壳式浓硫酸冷却器   

16、节能精炼硫酸炉装置   

17、精苯再生酸焚烧制取硫酸的方法   

18、利用废硫酸再生液的方法和装置   

19、利用含硫化氢的酸性气体与硫磺联合制取高浓度硫酸   

20、利用含硫化氢的酸性气体制取高浓度硫酸

工业制法

生产硫酸的原料有硫黄、硫铁有色金属冶炼烟气、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。

1.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  H2SO4工业制作装置

2.接触氧化为三氧化硫

2SO2+O22SO3(用五氧化二做催化剂该反应为可逆反应)

3.98.3%硫酸吸收

SO3+H2SO4H2S2O7(焦硫酸)

4.加水

H2S2O7+H2O2H2SO4

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。  

四.硫酸新成员

固体硫酸

是粉末制剂的固体酸类,可以替代硫酸的常规酸洗工艺,主要用于清除各种铁、不锈钢、铜、铝等金属零件及其设备表面的锈、氧化皮、水垢、灰垢等污物,特别是钢铁热扎、冷扎过程中生成的高温难清除氧化皮,清洗效果可以跟硫酸酸洗相媲美,最终使产品表面清洁干净;清洗过程中没有烟雾产生,大大改善生产环境;对金属的几乎没有腐蚀,对操作人员、设备、环境没有任何危害。

发烟硫酸

H2SO4.XSO3即硫酸的三氧化硫溶液   

无色至浅棕色粘稠发烟液体,其密度、熔点、沸点因SO3含量不同而异。   

当它暴露于空气中时,挥发出来的SO3和空气中的水蒸汽形成硫酸的细小露滴而冒烟,所以称之为发烟硫酸。   

一般含SO3的质量分数有20%、40%60%、66%等。若折合成硫酸的质量分数则发烟硫酸中H2SO4可超过100%。有人认为发烟硫酸中主要含焦硫酸(H2S2O7)。具强氧化性和吸水性,脱水性及腐蚀性。用于合成染料、药物。常用做磺化剂和吸水及脱水剂。   

发烟硫酸中的物质成分复杂,除了硫酸和三氧化硫外,还有焦硫酸(H2S2O7)、二聚硫酸(H4S2O8)三聚硫酸(H6S3O12)H4S3O15H2S3O10(H2SO4)20等各种各样的硫酸聚合物。   

20%发烟硫酸可在接触法的硫酸厂中生产,就是在98.3%硫酸吸收塔前设置发烟硫酸吸收塔,以20%发烟硫酸吸收转化后含三氧化硫7%~10%的气体,同时向循环酸中补加98.3%硫酸,使其浓度保持不变。65%发烟硫酸可由20%发烟 硫酸和液体三氧化硫混合而得,或仿照20%发烟硫酸的制造方法,建立以65%发烟硫酸循环喷淋的吸收塔,吸收100%三氧化硫气体,并补加20%发烟硫酸,以调节循环酸浓度。  

缓慢加入纯碱-消石灰溶液中,并不断搅拌,反应停止后,用大量水冲入废水系统。  

注:这是工业俗称,准确的化学语言应该是挥发出雾。应该叫发雾硫酸。

五.工业用硫酸的分类

目前工业用的硫酸一般可分为工业级,化学纯CP,分析纯ARMOS级等级别  由于硫酸能与水以任意比例互溶,所以每个厂家所涉及的硫酸含量都有所不同,一般工业上用的工业级硫酸含量在10%30%50%98%CP级与AR级的硫酸含量一般为98%

六.应用领域

为农业生产服务

用于肥料的生产硫酸铵(俗称硫铵或肥田粉)和过磷酸(俗称过磷酸石灰或普钙)这两种化肥的生产都要消耗大量的硫酸。  2NH3+H2SO4(NH4)2SO4   每生产一吨硫酸铵,就要消耗硫酸(折合成100%计算)760kg,每生产一吨过磷酸钙,就要消耗硫酸360kg。   

用于农药的生产许多农药都要以硫酸为原料如硫酸铜、硫酸可作植物的杀菌剂,硫酸铊可作杀鼠剂,硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂。最普通的杀虫剂,如1059乳剂(45%)1605乳剂(45%)的生产都需用硫酸。前者每生产1t,需消耗20%发烟硫酸1.4t后者每生产1t,需消耗硫酸36kg。为大家所熟悉的滴滴涕,每生产1t需要20%发烟硫酸1.2t

为工业生产服务 

用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门,特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。例如用电解法精炼铜、锌、时,电解液就需要使用硫酸,某些贵金属的精炼,也需要硫酸来溶解去夹杂的其他金属。在钢铁工业中进行冷轧、冷拔及冲压加工之前,都必须用硫酸清除钢铁表面的氧化铁。在轧制薄板、冷拔无缝钢管和其他质量要求较高的钢材,都必须每轧一次用硫酸洗涤一次。另外,有缝钢管、薄铁皮、铁丝等在进行镀锌之前,都要经过用硫酸进行酸洗手续。在某些金属机械加工过程中,例如镀镍、镀等金属制件,也需用硫酸来洗净表面的锈。在黑色冶金企业部门里,需要酸洗的钢材一般约占钢总产量的5%6%,而每吨钢材的酸洗,约消费98%的硫酸30kg50kg。    

用于石油工业汽油、润滑油等石油产品的生产过程中,都需要浓硫酸精炼,以除去其中的含硫化合物和不饱和碳氢化合物。每吨原油精炼需要硫酸约24kg,每吨柴油精炼需要硫酸约31kg。石油工业所使用的活性白土的制备,也消耗不少硫酸。  

在浓缩硝酸中,以浓硫酸为脱水剂;氯碱工业中,以浓硫酸来干燥氯气、氯化氢气等;无机盐工业中,如冰晶石(Na3AlF6)、硼砂(Na2B4O7·10H2O)、磷酸三钠(Na3PO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)、硫酸(PbSO4)、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁以及其他硫酸盐的制备都要用硫酸。许多无机酸如磷酸、硼酸、铬酸(H2CrO4,有时也指CrO3)氢氟酸、氯磺酸(ClSO3H);有机酸如草酸[(COOH)2]、醋酸(CH3COOH)等的制备,也常需要硫酸作原料。此外炼焦化学工业(用硫酸来同焦炉气中的氨起作用副产硫酸铵)、电镀业、制革业、颜料工业、橡胶工业、造纸工业、油漆工业(有机溶剂的制备)、工业炸药和铅蓄电池制造业等等,都消耗相当数量的硫酸。