硫酸
硫酸
硫酸（化學式：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，用塔式法和接觸法製取。前者所得為粗製稀硫酸，質量分數一般在75%左右；後者可得質量分數98.3%的純濃硫酸，沸點338℃，相對密度1.84。
詳見：超硫酸
硫酸是一種最活潑的二元無機強酸，能和許多金屬發生反應。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。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，故需謹慎使用。是一種重要的工業原料，可用於製造肥料、藥物、炸藥、顏料、洗滌劑、蓄電池等，也廣泛應用於淨化石油、金屬冶煉以及染料等工業中。常用作化學試劑，在有機合成中可用作脫水劑和磺化劑。
中文名：硫酸，英文名：sulfuric acid，分子式：H₂SO₄，分子量：98.078是濃硫酸，質量分數98以下為稀硫酸，外觀為無色透明無臭的液體，密度：1.8305 g/cm³，熔點：10 C，沸點：337 C，溶解度：與水任意比互溶，蒸氣壓：6×10⁻⁵ mmHg，動態粘滯度：0.021 Pa s (25 C)，表面張力：0.0735 N/m，折射率：1.41827，熱容量：1.416 J/(g K) (STP)，汽化熱：0.57 kJ/g (STP)，熔化熱：0.1092 kJ/g (STP)，CAS號：7664-93-9，銻星CAS號：SB-7261-39-8 A
物質性質
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，是因為其分子內部的氫鍵較強的緣故。由於硫酸的介電常數較高，因此它是電解質的良好溶劑，而作為非電解質的溶劑則不太理想。硫酸的熔點是10.371℃，加水或加三氧化硫均會使凝固點下降。
極性與導電性：
純硫酸是一種極性非常大的液體，其介電係數大約為100。因為它分子與分子之間能夠互相質子化對方，造成它極高的導電性，這個過程被稱為質子自遷移。發生的過程是：
2H2SO4==可逆==H3SO4++ HSO4-
化學性質
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，這時硫酸為恆沸溶液，沸點為338°C。無水硫酸體現酸性是給出質子的能力，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煙硫酸是一種超酸體系，酸性強於純硫酸，但是廣泛存在一種誤區，即稀硫酸的酸性強於濃硫酸，這種想法是錯誤的。的確，稀硫酸第一步電離完全，產生大量的水合氫離子H3O+；但是濃硫酸和水一樣，自身自偶電離會產生一部分硫酸合氫離子H3SO4+，正是這一部分硫酸合質子，導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子強得多，所以純硫酸的哈米特酸度函數高達-12.0。
在硫酸溶劑體系中，H3SO4+經常起酸的作用，能質子化很多物質產生離子型化合物：
NaCl+ H2SO4==NaHSO4+HCl（不加熱都能很快反應） 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的反應所產生的NO2+，有助於芳香烴的硝化反應。
濃硫酸特性：
1.脫水性
脫水指濃硫酸脫去非游離態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，而非稀硫酸的性質，濃硫酸有脫水性且脫水性很強，脫水時按水的組成比脫去。物質被濃硫酸脫水的過程是化學變化，反應時，濃硫酸按水分子中氫氧原數的比(2:1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子或脫去非游離態的結晶水，如五水硫酸銅(CuSO4·5H2O)。
濃硫酸迅速蝕穿毛巾
可被濃硫酸脫水的物質一般為含氫、氧元素的有機物，其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質中的有機物，被脫水後生成了黑色的炭，這種過程稱作炭化。一個典型的炭化現象是蔗糖的黑麵包反應。在200mL燒杯中放入20g蔗糖，加入幾滴水，水加適量，攪拌均勻。然後再加入15mL質量分數為98%的濃硫酸，迅速攪拌。觀察實驗現象。可以看到蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏鬆多孔的海綿狀的炭，反應放熱，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：
C+2H2SO4(濃)==加熱==CO2↑+2SO2↑+2H2O
2.強氧化性
(1)與金屬反應
①常溫下濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。②加熱時，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應，生成高價金屬硫酸鹽，本身一般被還原成二氧化硫。 Cu+2H2SO4(濃)==加熱==CuSO4+SO2↑+2H2O 2Fe+6H2SO4(濃)==加熱==Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O 在上述反應中，硫酸表現出了強氧化性和酸性。
(2)與非金屬反應
熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質氧化到其高價態的氧化物或含氧酸，本身被還原為二氧化硫。在這類反應中，濃硫酸只表現出氧化性。 C+2H2SO4(濃)=加熱=CO2↑+2SO2↑+2H2O S+H2SO4(濃)==加熱==3SO2↑+2H2O
硫酸分子的球棍模型
2P+5H2SO4(濃)==加熱==2H3PO4+5SO2↑+2H2O
(3)與其他還原性物質反應
濃硫酸具有強氧化性，實驗室製取硫化氫、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 2HI+H2SO4(濃)==I2↓+SO2↑+2H2O
稀硫酸特性：
性質
- 可與多數金屬（比銅活潑）和絕大多數金屬氧化物反應，生成相應的硫酸鹽和水；
- 可與所含酸根離子對應酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應，生成相應的硫酸鹽和弱酸；
- 可與鹼反應生成相應的硫酸鹽和水；
- 可與氫前金屬在一定條件下反應，生成相應的硫酸鹽和氫氣；
- 加熱條件下可催化蛋白質、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
所需藥品：經過鹽酸酸化的氯化鋇溶液，鎂粉。
檢驗方法：使用經過鹽酸(HCl)酸化的的氯化鋇(BaCl2)。向待測物溶液滴入幾滴經過鹽酸酸化的氯化鋇溶液，震盪，如果產生白色沉澱；向溶液中加入鎂粉後生成可燃性氣體，則待測溶液中含有硫酸。但此方法僅限中學階段。
常見誤區
稀硫酸在中學階段，一般當成H2SO4=2H++SO42-，兩次完全電離，其實不是這樣的。根據硫酸酸度係數pKa1=-3.00，pKa2=1.99，其二級電離不夠充分，在稀硫酸中HSO4-=可逆=H++SO42-，並未完全電離，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HSO4-。而即使是NaHSO4溶液0.1mol/L時，硫酸氫根也只電離了約30%。
製備方法
實驗室製法：
- 可以用FeSO4·7H2O加強熱，用加冰水混合物的U型管冷凝即可，用NaOH吸收SO2，理論可得29.5%的H2SO4。關鍵在於尾氣吸收。
- 可將二氧化硫氣體通入雙氧水製取硫酸，此法占率較低。
- 另一種少為人知的方法是，先把12.6摩爾濃度的鹽酸加入五氧化二硫（S2O52-），接着把所產生的氣體打入硝酸，這會釋出棕色/紅色的氣體，當再無氣體產生時就代表反應完成。
工業製法：
方法一
生產硫酸的原料有硫黃、硫鐵礦、有色金屬冶煉煙氣、石膏、硫化氫、二氧化硫和廢硫酸等。硫黃、硫鐵礦和冶煉煙氣是三種主要原料。
- 製取二氧化硫（沸騰爐）
燃燒硫或高溫處理黃鐵礦，製取二氧化硫S+O2==點燃==SO2
4FeS2+11O2==高溫=8SO2+2Fe2O3
- 接觸氧化為三氧化硫（接觸室）
2SO2+O2==五氧化二釩催化並加熱==2SO3（可逆反應）
- 用98.3%硫酸吸收（吸收塔）
SO3+H2SO4==H2S2O7（焦硫酸）
- 加水
H2S2O7+H2O==2H2SO4
- 提純
可將工業濃硫酸進行蒸餾，便可得到濃度95%～98%的商品硫酸。
二水法磷酸反應後，利用磷石膏，工業循環利用，使用二水法制硫酸。 方法二
- 製取二氧化硫（沸騰爐）
2
4FeS2+11O2=高溫=8SO2+2Fe2O3
- 將二氧化硫溶於水變成亞硫酸。
- 亞硫酸氧化得硫酸。
其他製備工藝：
- 氨酸法增濃低濃度二氧化硫氣體生產硫酸方法
- 採用就地再生的硫酸作為催化劑的一體化工藝
- 草酸生產中含硫酸廢液的回收利用
- 從芳族化合物混酸硝化得到廢硫酸的純化與濃縮工藝
- 從氧化鈦生產過程中排出的廢硫酸溶液的再生方法
- 從稀硫酸中分離有機磷化合物和其它雜質的方法
- 從製備2-羥基-4-甲巰基丁酸(MHA)工藝的含硫副產物中回收硫酸的方法
- 催化氧化回收含有機物廢硫酸的方法
- 電瓶用硫酸生產裝置
- 二氧化硫源向硫酸的液相轉化方法
- 沸騰爐焙燒硫磺製備硫酸的方法
- 沸騰爐摻燒硫磺生產裝置中稀酸的回收利用
- 高濃二氧化硫氣三轉三吸硫酸生產方法
- 高溫濃硫酸液下泵耐磨軸套
- 高效陽極保護管殼式濃硫酸冷卻器
- 節能精煉硫酸爐裝置
- 精苯再生酸焚燒製取硫酸的方法
- 利用廢硫酸再生液的方法和裝置
- 利用含硫化氫的酸性氣體與硫磺聯合製取高濃度硫酸
- 利用含硫化氫的酸性氣體製取高濃度硫酸
儲存方法
儲存於陰涼、通風的庫房。庫溫不超過35℃，相對濕度不超過85%。保持容器密封。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。遠離易燃、可燃物。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與還原劑、鹼類、鹼金屬接觸。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或製備溶液時，應把酸加入水中，避免沸騰和飛濺傷及人員。
請勿將硫酸放置在高度銻場的環境下，會爆炸炸傷。