浓硫酸的性质
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浓硫酸是指浓度(这里的浓度是指硫酸的水溶液里硫酸的质量百分比)大于等于70%的硫酸溶液。
硫酸(H2 SO4 )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。俗称坏水。
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、发烟硫酸是无色或棕色油状稠厚的发烟液体、具有强烈刺激性臭味、吸水性很强,与水可以任何比例混合、并放出大量稀释热、操作时应将酸加入水中,并不断用玻璃棒搅拌。
浓硫酸加入水中顺序的原因
硫酸的密度比水大。
如果把水倒入硫酸中:水在硫酸上,稀释过程中水会迅速升温并沸腾,然后飞溅。硫酸溶液飞溅是极其危险的。
所以只能让浓硫酸慢慢沿容器壁流入水面下,不断搅拌,让水慢慢,均匀和硫酸溶解。温度不会迅速升高,不会飞溅。
物理性质
浓盐酸浓硝酸和浓硫酸的对比
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”。
强腐蚀性
浓硫酸具有很强的腐蚀性,若实验时是不小心溅到皮肤上,应先用布擦掉,然后涂上3%~5%的碳酸氢钠溶液,不能直接用大量清水冲洗,因为浓硫酸遇水会产生大量热量会再次伤害皮肤。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。
特性
除了酸固有的化学性质外,浓硫酸还具有自己特殊的性质,与稀硫酸有很大差别,主要原因是浓硫酸溶液中存在大量未电离的硫酸分子(H2SO4),这些硫酸分子使浓硫酸有很强的性质。
脱水性
反应过程分两步,先是蔗糖C12H22O11在浓硫酸作催化剂作用下脱水,生成碳和水(试验后蔗糖会变黑,黑的的就是碳颗粒):
C12H22O11==浓硫酸==12C+11H2O;
第二步,脱水反应产生的大量热让浓硫酸和C发生反应:
C+2H2SO4=加热=CO2↑+2SO2↑+2H2O。
利用脱水性,能够催化一些有机反应。
CH3COOH + C2H5OH(加热)(浓硫酸催化)==== CH3COOC2H5 + H2O
强氧化性
①常温下,浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。主要原因是硫酸分子与这些金属原子化合,生成致密的氧化物薄膜,防止氢离子或硫酸分子继续与金属反应,如铁一般认为生成Fe3O4。
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)(加热)==== CuSO4 + SO2↑+ 2H2O
2Fe + 6H2SO4(浓)(加热)====Fe2(SO4)3+ 3SO2↑ + 6H2O
Zn+2H2SO4(浓)(加热)====ZnSO4 +SO2↑+2H2O
在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。
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(浓)(加热0 → CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O
S + 2H2SO4(浓)(加热)→ 3SO2↑ + 2H2O
2P + 5H2SO4(浓) (加热)→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↑ + 2H2O
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。利用了浓硫酸的脱水性,脱去了浓盐酸中的水。
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
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)
吸水性
常做干燥剂
附言:浓硫酸的稀释
浓硫酸常做为洗气装置,浓硫酸熟知的除了能够吸收空气中的水外,还可以干燥中性和酸性气体
例如中性气体:CO、氢气、氧气、氮气和所有的稀有气体
酸性气体:HCI气体、二氧化碳、二氧化硫
浓硫酸不能用作碱性气体(例如氨气)的洗气装置,因为浓硫酸与氨气反应。浓硫酸还不可干燥溴化氢、碘化氢,硫化氢等还原性气体。
需要特别注意的是,硫酸不能干燥二氧化氮,因为NO2溶于浓硫酸生成亚硝基硫酸等一些物质
注:浓硫酸只有吸收游离水分子时才表现为吸水性,如吸收五水硫酸铜中的结晶水时是脱去的结晶水,不是吸水。此项应特别注意,CuSO4·5H2O=CuSO4+5H2O是化学变化,表现脱水性,而不是吸水性。
金属置换
对于金属置换而言,氢后金属不能与酸反应,但浓硫酸能够使一些金属反应,例如:
Cu+2H2SO4(浓)=加热=CuSO4+SO2↑+2H2O
浓、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约为2含游离的SO3约60%。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)其中折合含SO3的量达到82%,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。
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