概述

硫酸（化學(xué)式：H2SO4），硫的最重要的含氧酸。無水硫酸為無色油狀液體，10.36℃時結(jié)晶，通常使用的是它的各種不同濃度的水溶液，用塔式法和接觸法制取。前者所得為粗制稀硫酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在75%左右；后者可得質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.3%的濃硫酸，沸點338℃，相對密度1.84。

硫酸是一種最活潑的二元無機強酸，能和絕大多數(shù)金屬發(fā)生反應(yīng)。高濃度的硫酸有強烈吸水性，可用作脫水劑，碳化木材、紙張、棉麻織物及生物皮肉等含碳水化合物的物質(zhì)。與水混合時，亦會放出大量熱能。其具有強烈的腐蝕性和氧化性，故需謹(jǐn)慎使用。是一種重要的工業(yè)原料，可用于制造肥料、藥物、炸藥、顏料、洗滌劑、蓄電池等，也廣泛應(yīng)用于凈化石油、金屬冶煉以及染料等工業(yè)中。常用作化學(xué)試劑，在有機合成中可用作脫水劑和磺化劑。

物流性質(zhì)

純硫酸一般為無色油狀液體，密度1.84 g/cm3，沸點337℃，能與水以任意比例互溶，同時放出大量的熱，使水沸騰。加熱到290℃時開始釋放出三氧化硫，最終變成為98.54%的水溶液，在317℃時沸騰而成為共沸混合物。硫酸的沸點及粘度較高，是因為其分子內(nèi)部的氫鍵較強的緣故。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。硫酸的熔點是10.371℃，加水或加三氧化硫均會使凝固點下降。

• 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)生在接近沸點的高溫之下），但是純硫酸凝固點過高（283.4K），所以為了方便運輸通常制成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SO3通入硫酸可制成發(fā)煙硫酸，有關(guān)發(fā)煙硫酸的濃度，人們通常以SO3的百分比作準(zhǔn)或者是H2SO4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%H2SO4）或65%（含114.6% H2SO4）。當(dāng)SO3與H2SO4比例為1:1產(chǎn)物為焦硫酸（H2S2O7），焦硫酸為固體，熔點為36℃。

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• 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。因為它分子與分子之間能夠互相質(zhì)子化對方，造成它極高的導(dǎo)電性，這個過程被稱為質(zhì)子自遷移。發(fā)生的過程是：2H2SO4?H3SO4++ HSO4-（主要）2H2SO4?H3O++ HS2O7-H3O++H2SO4?H3SO4++ H2OHS2O7-+H2SO4?HSO4-+ H2S2O7

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，這時硫酸為恒沸溶液，沸點為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，酸性強于純硫酸，但是廣泛存在一種誤區(qū)，即稀硫酸的酸性強于濃硫酸，這種想法是錯誤的。的確，稀硫酸第一步電離完全，產(chǎn)生大量的水合氫離子H3O+；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H3SO4+，正是這一部分硫酸合質(zhì)子，導(dǎo)致純硫酸具有非常強的酸性，雖然少，但是酸性卻要比水合質(zhì)子強得多，所以純硫酸的哈米特酸度函數(shù)高達-12.0。

在硫酸溶劑體系中，H3SO4+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+ H2SO4==NaHSO4+HCl（不加熱都能很快反應(yīng)）　　KNO3+ H2SO4→K++HSO4-+HNO3　　HNO3+ H2SO4→NO2++H3O++2HSO4-　　CH3COOH+ H2SO4→CH3C(OH)2++HSO4-　　HSO3F+ H2SO4→H3SO4++SO3F-（氟磺酸酸性更強）　　上述與HNO3的反應(yīng)所產(chǎn)生的NO2+，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，脫水時按水的組成比脫去。物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學(xué)變化，反應(yīng)時，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(CuSO4·5H2O)。

可被濃硫酸脫水的物質(zhì)一般為含氫、氧元素的有機物，其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質(zhì)中的有機物，被脫水后生成了黑色的炭，這種過程稱作炭化。一個典型的炭化現(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。觀察實驗現(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

同時進行碳與濃硫酸反應(yīng)：

C+2H2SO4(濃)==加熱==CO2↑+2SO2↑+2H2O

2.強氧化性

還原產(chǎn)物

濃硫酸由于還原劑的量，種類的不同可能被還原為SO2，S或H2S： [4]

例如，還原劑過量時，HBr，H2S和HI分別將濃硫酸還原為不同物質(zhì)： [4]

2HBr + H2SO4(濃) = Br2+SO2+ 2H2O

3H2S + H2SO4(濃) = 4S↓+ 4H2O

8HI + H2SO4(濃) = 4I2+H2S+ 4H2O

還原劑量不同時，產(chǎn)物也可能有所不同： [4]

Zn + 2H2SO4(濃) =ZnSO4+SO2↑+ 2H2O

3Zn + 4H2SO4(濃) = 3ZnSO4+S+ 4H2O

4Zn + 5H2SO4(濃) = 4ZnSO4+H2S↑+ 2H2O

相關(guān)反應(yīng)

(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，濃硫酸可以與除銥，釕之外的所有金屬（包括金，鉑）反應(yīng)，生成高價金屬硫酸鹽，本身被還原成SO2，S，H2S或金屬硫化物。

Cu+2H2SO4(濃)=加熱=CuSO4+SO2↑+2H2O

（副反應(yīng)有5Cu+4H2SO4(濃)=加熱=3CuSO4+Cu2S+4H2O等）

2Fe+6H2SO4(濃)=加熱=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O

Pt+4H2SO4(濃)=加熱=Pt(SO4)2+2SO2↑+4H2O（338℃的沸騰濃硫酸中，腐蝕率0.4mm/年以上；金被腐蝕的速度則慢得多）

在上述反應(yīng)中，硫酸表現(xiàn)出了強氧化性和酸性。

(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?！　+2H2SO4(濃)=加熱=CO2↑+2SO2↑+2H2O　　S+H2SO4(濃)=加熱=3SO2↑+2H2O

2P+5H2SO4(濃)=加熱=2H3PO4+5SO2↑+2H2O

(3)與其他還原性物質(zhì)反應(yīng)

濃硫酸具有強氧化性，實驗室制取硫化氫、溴化氫、碘化氫等還原性氣體不能選用濃硫酸。　　H2S+H2SO4(濃)==S↓+SO2+2H2O　　2HBr+H2SO4(濃)==Br2+SO2+2H2O　　8HI+H2SO4(濃)==4I2+H2S+4H2O

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稀硫酸特性

性質(zhì)

1. 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；
2. 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；
3. 可與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽和水；
4. 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；
5. 加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解；
6. 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。

主要用途

• 工業(yè)用途

冶金及石油工業(yè)

用于冶金工業(yè)和金屬加工在冶金工業(yè)部門，特別是有色金屬的生產(chǎn)過程需要使用硫酸。例如用電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時，電解液就需要使用硫酸，某些貴金屬的精煉，也需要硫酸來溶解去夾雜的其他金屬。在鋼鐵工業(yè)中進行冷軋、冷拔及沖壓加工之前，都必須用硫酸清除鋼鐵表面的氧化鐵。在軋制薄板、冷拔無縫鋼管和其他質(zhì)量要求較高的鋼材，都必須每軋一次用硫酸洗滌一次。另外，有縫鋼管、薄鐵皮、鐵絲等在進行鍍鋅之前，都要經(jīng)過用硫酸進行酸洗。在某些金屬機械加工過程中，例如鍍鎳、鍍鉻等金屬制件，也需用硫酸來洗凈表面的銹。在黑色冶金企業(yè)部門里，需要酸洗的鋼材一般約占鋼總產(chǎn)量的5%～6%，而每噸鋼材的酸洗，約消費98%的硫酸30～50kg。

用于石油工業(yè)汽油、潤滑油等石油產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，都需要濃硫酸精煉，以除去其中的含硫化合物和不飽和碳?xì)浠衔?。每噸原油精煉需要硫酸約24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約31kg。石油工業(yè)所使用的活性白土的制備，也消耗不少硫酸。

在濃縮硝酸中，以濃硫酸為脫水劑；氯堿工業(yè)中，以濃硫酸來干燥氯氣、氯化氫氣等；無機鹽工業(yè)中，如冰晶石、硼砂、磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、硫酸鉛(、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備都要用硫酸。許多無機酸如磷酸、硼酸、鉻酸(有時也指CrO3)、氫氟酸、氯磺酸；有機酸如草酸、醋酸等的制備，也常需要硫酸作原料。此外煉焦化學(xué)工業(yè)（用硫酸來同焦?fàn)t氣中的氨起作用副產(chǎn)硫酸銨）、電鍍業(yè)、制革業(yè)、顏料工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、油漆工業(yè)（有機溶劑的制備）、工業(yè)炸藥和鉛蓄電池制造業(yè)等等，都消耗相當(dāng)數(shù)量的硫酸。

可用作硬水的軟化劑、離子交換再生劑、pH值調(diào)節(jié)劑、氧化劑和洗滌劑等。還可用于化肥、農(nóng)藥、染料、顏料、塑料、化纖、炸藥以及各種硫酸鹽的制造。在石油的煉制、有色金屬的冶煉、鋼鐵的酸洗處理、制革過程以及煉焦業(yè)、輕紡業(yè)、國防軍工都有廣泛的應(yīng)用。強酸性清洗腐蝕劑。在集成電路制造工藝中主要用于硅片清洗。

解決人民衣食住行

用于化學(xué)纖維的生產(chǎn)為人民所熟悉的粘膠絲，它需要使用硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉的混合液作為粘膠抽絲的凝固浴。每生產(chǎn)1t粘膠纖維，需要消耗硫酸1.2～1.5t，每生產(chǎn)1t維尼龍短纖維，就要消耗98%硫酸230kg，每生產(chǎn)1t卡普綸單體，需要用1.6t20%發(fā)煙硫酸。此外，在尼龍、醋酸纖維、聚丙烯腈纖維等化學(xué)纖維生產(chǎn)中，也使用相當(dāng)數(shù)量的硫酸。

用于化學(xué)纖維以外的高分子化合物生產(chǎn)塑料等高分子化合物，在國民經(jīng)濟中越來越占有重要的地位。每生產(chǎn)1t環(huán)氧樹脂，需用硫酸2.68t，號稱“塑料王”的聚四氟乙烯，每生產(chǎn)1t，需用硫酸1.32t；有機硅樹膠、硅油、丁苯橡膠及丁腈橡膠等的生產(chǎn)，也都要使用硫酸。

用于染料工業(yè)幾乎沒有一種染料（或其中間體）的制備不需使用硫酸。偶氮染料中間體的制備需要進行磺化反應(yīng)，苯胺染料中間體的制備需要進行硝化反應(yīng)，兩者都需使用大量濃硫酸或發(fā)煙硫酸。所以有些染料廠就設(shè)有硫酸車間，以配合需要。

用于日用品的生產(chǎn)生產(chǎn)合成洗滌劑需要用發(fā)煙硫酸和濃硫酸。塑料的增塑劑（如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯）、賽璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要硫酸來制備。玻璃紙、羊皮紙的制造，也需要使用硫酸。此外，紡織印染工業(yè)、搪瓷工業(yè)、小五金工業(yè)、肥皂工業(yè)、人造香料工業(yè)等生產(chǎn)部門，也都需要使用硫酸。

用于制藥工業(yè)磺胺藥物的制備過程中的磺化反應(yīng)，強力殺菌劑呋喃西林的制備過程中的硝化反應(yīng)，都需用硫酸。此外，許多抗生素的制備，常用藥物如阿斯匹林、咖啡因、維生素B2、維生素B12及維生素C、某些激素、異煙肼、汞溴紅、糖精等的制備，無不需用硫酸。

鞏固國防

某些國家硫酸工業(yè)的發(fā)展，曾經(jīng)是和軍用炸藥的生產(chǎn)緊密連結(jié)在一起的。無論軍用炸藥（發(fā)射藥、爆炸藥）或工業(yè)炸藥，大都是以硝基化物或硝酸酯為其主要成分。主要的有硝化棉、三硝基甲苯(TNT)、硝化甘油、苦味酸等。雖然這些化合物的制備是依靠硝酸，但同時必須使用濃硫酸或發(fā)煙硫酸。

原子能工業(yè)及火箭技術(shù)

原子反應(yīng)堆用的核燃料的生產(chǎn)，反應(yīng)堆用的鈦、鋁等合金材料的制備，以及用于制造火箭、超聲速噴氣飛機和人造衛(wèi)星的材料的鈦合金，都和硫酸有直接或間接的關(guān)系。從硼砂制備硼烷的過程需要多量硫酸。硼烷的衍生物是最重要的一種高能燃料。硼烷又用做制備硼氫化鈾用來分離鈾235的一種原料。　由此可見，硫酸與國防工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)都有著密切的關(guān)系。

• 農(nóng)業(yè)用途

土壤改良

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，越來越多地采用硫酸改良高pH值的石灰質(zhì)土壤。過去20年來，尿素-硫酸肥料的產(chǎn)量大幅度提高并在美國西部諸州的土壤中廣泛施用。將硫酸注入牛奶場湖泊，改變湖水pH值，可解決圈養(yǎng)牲畜過程產(chǎn)生的若干空氣和水質(zhì)問題，將硫酸施入農(nóng)用土壤和水中，其主要作用是溶解鈣、鎂的碳酸鹽和碳酸氫鹽。這些鈣、鎂鹽然后取代可交換的鈉鹽，鈉鹽隨后用水浸洗除去。當(dāng)碳酸鹽和碳酸氫鹽被分解后，硫酸與更惰性的物質(zhì)反應(yīng)，釋放出磷、鐵等植物養(yǎng)分。簡單地降低土壤的pH值可引起許多元素溶解度的變化，提高它們對植物的效力。在高pH值的石灰質(zhì)土壤上施用硫酸，可使植物更加健壯，收成增加。

化肥生產(chǎn)

用于肥料的生產(chǎn)硫酸銨（俗稱硫銨或肥田粉）和過磷酸鈣（俗稱過磷酸石灰或普鈣）這兩種化肥的生產(chǎn)都要消耗大量的硫酸。

用于農(nóng)藥的生產(chǎn)許多農(nóng)藥都要以硫酸為原料如硫酸銅、硫酸鋅可作植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。最普通的殺蟲劑，如1059乳劑(45%)和1605乳劑(45%)的生產(chǎn)都需用硫酸。

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日常家居用途

世界各地大多數(shù)酸性化學(xué)通渠用品均含有濃硫酸。這一類的通渠用品就和堿性的通渠用品一樣，可以溶解淤塞在渠道里的油污及食物殘渣等。不過，由于濃硫酸會與水發(fā)生高放熱反應(yīng)，故建議在使用前盡量保持渠道干爽，并慢慢倒入有關(guān)化學(xué)用品，另需佩戴手套。

儲存方法

儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。庫溫不超過35℃，相對濕度不超過85%。保持容器密封。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場所嚴(yán)禁吸煙。遠(yuǎn)離易燃、可燃物。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與還原劑、堿類、堿金屬接觸。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或制備溶液時，應(yīng)把酸加入水中，避免沸騰和飛濺傷及人員。