硫酸的物理化學(xué)性質(zhì)

　　硫酸(化學(xué)式：H₂SO₄)，硫的最重要的含氧酸。接下來學(xué)習(xí)啦小編為你整理了硫酸的物理化學(xué)性質(zhì)，一起來看看吧。

　　硫酸的物理性質(zhì)

　　純硫酸一般為無色油狀液體，密度1.84 g/cm³，沸點(diǎn)337℃，能與水以任意比例互溶，同時(shí)放出大量的熱，使水沸騰。加熱到290℃時(shí)開始釋放出三氧化硫，最終變成為98.54%的水溶液，在317℃時(shí)沸騰而成為共沸混合物。硫酸的沸點(diǎn)及粘度較高，是因?yàn)槠浞肿觾?nèi)部的氫鍵較強(qiáng)的緣故。由于硫酸的介電常數(shù)較高，因此它是電解質(zhì)的良好溶劑，而作為非電解質(zhì)的溶劑則不太理想。硫酸的熔點(diǎn)是10.371℃，加水或加三氧化硫均會使凝固點(diǎn)下降。

　　濃度的差異

　　盡管可以制出濃純凈的硫酸，并且室溫下是無限穩(wěn)定的(所謂的分解成恒沸物的反應(yīng)發(fā)生在接近沸點(diǎn)的高溫之下)，但是純硫酸凝固點(diǎn)過高(283.4K)，所以為了方便運(yùn)輸通常制成98%硫酸，故一般所說的“高濃度硫酸”指的便是濃度為98%的硫酸。另外，硫酸在不同的濃度下有不同的應(yīng)用，以下為一些常見的濃度級別：

　　硫酸亦可被制成其他形態(tài)。例如，將高濃度的SO通入硫酸可制成發(fā)煙硫酸(HSO)。有關(guān)發(fā)煙硫酸的濃度，人們通常以SO的百分比作準(zhǔn)或者是HSO的百分比作準(zhǔn)，兩者均可。一般所稱的“發(fā)煙硫酸”的濃度為45%(含109%HSO)或65%(含114.6% HSO)。100%純發(fā)煙硫酸為固體，熔點(diǎn)為36℃。

　　極性與導(dǎo)電性

　　純硫酸是一種極性非常大的液體，其介電系數(shù)大約為100。因?yàn)樗肿优c分子之間能夠互相質(zhì)子化對方，造成它極高的導(dǎo)電性，這個(gè)過程被稱為質(zhì)子自遷移。發(fā)生的過程是：2HSO====HSO+ HSO

　　硫酸的化學(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HO;但是濃硫酸和水一樣，自身自偶電離會產(chǎn)生一部分硫酸合氫離子HSO，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，HSO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+ HSO==NaHSO+HCl(不加熱都能很快反應(yīng))

　　KNO+ HSO→K+HSO+HNO

　　HNO+ HSO→NO+HO+2HSO

　　CHCOOH+ HSO→CHC(OH)+HSO

　　HSOF+ HSO→HSO+SOF(氟磺酸酸性更強(qiáng))

　　上述與HNO的反應(yīng)所產(chǎn)生的NO，有助于芳香烴的硝化反應(yīng)。

　　濃硫酸特性

　　1、脫水性

　　濃硫酸迅速蝕穿毛巾圖冊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·5HO)。

　　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。

　　CHO====12C+11HO

　　同時(shí)進(jìn)行碳與濃硫酸反應(yīng)：

　　C+2HSO(濃)====CO↑+2SO↑+2HO

　　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+2HSO(濃)====CuSO+SO↑+2HO

　　2Fe+6HSO(濃)====Fe(SO)+3SO↑+6HO

　　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)

　　硫酸分子的球棍模型圖冊熱的濃硫酸可將碳、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+2HSO(濃)==CO↑+2SO↑+2HO

　　S+HSO(濃)====3SO↑+2HO

　　2P+5HSO(濃)====2HPO+5SO↑+2HO

　　(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。

　　HS+HSO(濃)==S↓+SO↑+2HO

　　2HBr+HSO(濃)==Br↑+SO↑+2HO

　　2HI+HSO(濃)==I↓+SO↑+2HO

　　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;

　　加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解;

　　能與指示劑作用，使紫色石蕊試液變紅，使無色酚酞試液不變色。

　　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)。向待測物溶液滴入幾滴經(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HSO=2H+SO，兩次完全電離，其實(shí)不是這樣的。根據(jù)硫酸酸度系數(shù)pK=-3.00，pK=1.99，其二級電離不夠充分，在稀硫酸中HSO=可逆=H+SO并未完全電離，1mol/L的硫酸一級電離完全，二級電離約電離10%，也就是溶液中仍存在大量的HSO。而即使是NaHSO溶液0.1mol/L時(shí)，硫酸氫根也只電離了約30%。