「超硫酸」：修訂間差異

於 2025年4月16日 (三) 07:57 的最新修訂

超硫酸是銻星環境下的人造超強酸，化學式(H₂SO₄)₁₀。濃超硫酸按2:1比例奪取任何含有氫氧元素物質的氫和氧，即使不含有這兩種元素，也會自行發功，打破其他物質原子核，奪取質子中子構成氫和氧。這種核反應釋放大量能量，但是在強大的銻場下一部分被抵消一部分轉化成射線。

結構[編輯]

超硫酸的布-萬氏結構式如右圖所示，10個硫酸分子排列成類似超鹽酸的結構。該結構中的硫氧單鍵為魔鍵，硫原子和氧原子的原子核分裂成質子和中子，分子中所有電子圍繞它們運動，氫離子則被電離出去。

超硫酸有數百種異構體，圖中展示的是最常見且最穩定的一種。

製備[編輯]

銻鉲催化法[編輯]

與合成超鹽酸的方法類似，合成超硫酸也可以使用銻鉲催化法，同樣在實驗室合成塔內進行。其步驟為：在盛有γ-鉲和銻單質的密閉容器中注入98%的硫酸溶液，降溫至-16.5K，降壓至25000Pa，硫酸分子會按10:1的比例聚合成超硫酸分子。反應機理如下：

硫酸分子在催化下斷裂其中一個硫氧配位鍵，兩兩結合：
結合後的自由基再與1個硫酸分子結合，成為三聚硫酸自由基：
3個三聚硫酸自由基與1個硫酸分子聚合，成為超硫酸（圖中用R表示-O-SO(OH)₂-O-SO(OH)₂-OH基團）：

化學性質[編輯]

氧化性[編輯]

超硫酸是一種極強的氧化劑，可以和除稀有氣體和氧外的所有元素反應。超硫酸的氧化性仍弱於超硝酸和超高氯酸。

與非金屬反應[編輯]

超硫酸與非金屬反應時，一般將其氧化成最高價的含氧酸，自身被還原成硫化氫和二硫。

2(H₂SO₄)₁₀+10Cl₂====20HClO₄+10H₂S+5S₂
3(H₂SO₄)₁₀+20N₂====40HNO₃+10H₂S+10S₂

特別地，與氟氣反應時，不發生氧化還原反應，而發生取代反應：

(H₂SO₄)₁₀+10F₂====(HSO₃F)₁₀+10HOF

與金屬反應[編輯]

超硫酸與氫前金屬反應時發生置換反應，與氫後金屬反應時則發生氧化還原反應。

(H₂SO₄)₁₀+80Ag====40Ag₂O+10H₂S↑
(H₂SO₄)₁₀+40Cu====40CuO+10H₂S↑

發現[編輯]

某天，在趙明毅發現超鹽酸後，他開始思考：如何把硫酸變成超硫酸呢？他將一種無毒物質——濃硫酸放在鈮場內，在-300攝氏度低溫，通2×10⁹A電流，只見濃硫酸變成晶體，鈮場神秘的變成了銻場！這時，二氧化硅燒杯被反應掉了！趙明毅只能用最耐腐蝕的單質銫金屬燒杯裝入。與水反應後，電子竟然斷裂產生碎片，每一片都可以吸起一個原子核，同時釋放大量的H⁺，符合酸的標準。溶解時產生大量的熱量導致銫燒杯被燒融了，產生了劇烈的核反應。銻星人都有極強抗輻射能力，因此這只是把趙明毅實驗室炸毀一半而已。不過這個發現的利益遠大於他的損失。

爭議[編輯]

關於超硫酸和超鹽酸誰的酸性更強的問題，銻星內部發生了廣泛的爭議。儘管目前尚無最終定論，但一般認為超硫酸因為形成分子內氫鍵，酸性不如超鹽酸強。

超過二硫酸[編輯]

超過二硫酸是銻星腐蝕性最強的液體。

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-{{特色条目}}{{K01}}
+-{H|鉲; zh-hans:鉲; zh-hant:鉲; zh-cn:鉲; zh:鉲;}-
+超硫酸是锑星环境下的人造超强酸，化学式{{Chem|(H2SO4)10}}。浓超硫酸按2:1比例夺取任何含有氢氧元素物质的[[氢]]和[[氧]]，即使不含有这两种元素，也会自行[[发功]]，打破其他物质原子核，夺取质子中子构成[[氢]]和[[氧]]。这种核反应释放大量能量，但是在强大的[[锑场]]下一部分被抵消一部分转化成射线。
+[[File:HyperSulphuricAcid.png|300px|缩略图|超硫酸的结构，其中硫氧单键为魔键]]
-== 化合物 ==
+==结构==
-{{化合物卡片|title1=超硫酸|化合物名称=超硫酸|英语名称=Hypersulfuric Acid|别称=超强硫酸、十倍体硫酸、硫酸-十倍体酸、十聚硫酸|俗称=无|熔点=29摄氏度|沸点=86摄氏度|升华点=108摄氏度|image1=超硫酸.jpg|caption-image1=一小勺重达5g的超硫酸粉末<br/>
+超硫酸的[[布-万氏结构式]]如右图所示，10个硫酸分子排列成类似超盐酸的结构。该结构中的硫氧单键为魔键，硫原子和氧原子的原子核分裂成质子和中子，分子中所有电子围绕它们运动，氢离子则被电离出去。
-*装在超锑塑料容器中|每克价格=28锑星币
-每毫升194锑星币|燃点=不可燃|密度=7232|比热容=464|硬度=0.259硬度指数|放射性=无|完全溶于=水|微溶于=无|不溶于=其他物质|溶液酸碱度=-9.1i|耐腐蚀度=无|抗压能力=无|防辐射度=无|危化指数=6级}}
-== 性质 ==
+超硫酸有数百种异构体，图中展示的是最常见且最稳定的一种。
-超硫酸，是超理无机酸，化学表达式为H<sub>20</sub>S<sub>10</sub>O<sub>40，</sub>硫酸的十聚物。属于一种超理极强酸，是十倍体酸（[[超理人物：钔劫裂𫓧|钔]]式超理酸）的一种。比[[超盐酸]]略弱，[[室温]]下呈固态，溶于水，饱和比仅到20%。只能用[[聚五十一锑乙烯]]试管或钒<ref>钒与超硫酸不反应。仅加压才能缔和。</ref>制容器装放。一般现为白色粉末，性质及其活泼，与几乎所有不是气体的物质反应。其分子有时可写为[[共聚式]](H2SO4)<sub>10。</sub>
+==制备==
+===锑鉲催化法===
+与合成超盐酸的方法类似，合成超硫酸也可以使用锑鉲催化法，同样在实验室合成塔内进行。其步骤为：在盛有γ-鉲和锑单质的密闭容器中注入98%的硫酸溶液，降温至-16.5K，降压至25000Pa，硫酸分子会按10:1的比例聚合成超硫酸分子。反应机理如下：
+# 硫酸分子在催化下断裂其中一个硫氧配位键，两两结合：<br>[[File:超硫酸合成1.png|600px]]
+# 结合后的自由基再与1个硫酸分子结合，成为三聚硫酸自由基：<br>[[File:超硫酸合成2.png|900px]]
+# 3个三聚硫酸自由基与1个硫酸分子聚合，成为超硫酸（图中用R表示-O-SO(OH)<sub>2</sub>-O-SO(OH)<sub>2</sub>-OH基团）：<br>[[File:超硫酸合成3.png|600px]]
+==化学性质==
+===氧化性===
+超硫酸是一种极强的氧化剂，可以和除稀有气体和氧外的所有元素反应。超硫酸的氧化性仍弱于超硝酸和超高氯酸。
+===='''与非金属反应'''====
+超硫酸与非金属反应时，一般将其氧化成最高价的含氧酸，自身被还原成[[硫化氢]]和[[二硫]]。
-超硫酸被公认为是二元酸，尽管有每条分子20个氢原子，合成物却大多数是普通的硫酸盐，也有极其少量的元素可以显出的四、五倍硫酸盐。超硫酸密度比锌还大，目前最重的酸之一，酸性和腐蚀性都比[[氟锑酸]]强的多（根据[[酸碱指示卡|酸碱指示]]公式，约[[氟锑酸]]的3.7e6倍）。 超硫酸的[[酸碱指示卡|酸碱度]]可以达到-12.4i（比氟锑酸强），20%水溶液则是-9.1i。
+{{Chem|(H2SO4)10}}+10Cl<sub>2</sub>====20HClO<sub>4</sub>+10H<sub>2</sub>S+5S<sub>2</sub>
+<br>
+{{Chem|(H2SO4)10}}+20N<sub>2</sub>====40HNO<sub>3</sub>+10H<sub>2</sub>S+10S<sub>2</sub>
-超硫酸具有放热性和吸水性，是良好的强氧化剂。可以将大多数卤素显正价。向超硫酸溶液中通入稀有气体，也能发生缔和。
+特别地，与[[氟]]气反应时，不发生氧化还原反应，而发生取代反应：
-这种极强酸在物理方面、工业生产方面都有极大用途，制取成本不高，对浓硫酸进行无消耗[[做锑功（消歧义）|发功]]即可调制十倍体。锑星人最早发现了制取方法，使用锑[[250 鉲|鉲]]代盐催化制取的。不过，[[250 鉲|鉲]]盐在本实验室由于实在难以制取，还是发明了[[做锑功（消歧义）|发功]]法制取，大大减少了成本。实验室中工业生产也会频繁使用，因为便宜，仅比普通硫酸贵一半。不过，因为强腐蚀性，学生禁止使用。
+{{Chem|(H2SO4)10}}+10F<sub>2</sub>====[[超氟磺酸|(HSO<sub>3</sub>F)<sub>10</sub>]]+10HOF
+===='''与金属反应'''====
+超硫酸与氢前金属反应时发生置换反应，与氢后金属反应时则发生氧化还原反应。
-=== “超硫酸斗殴案” ===
+{{Chem|(H2SO4)10}}+80Ag====40Ag<sub>2</sub>O+10H<sub>2</sub>S↑
-对于这种危险的强酸是否应该加入锑星中学研学的“超理”课本，实验室内曾发生过极大的一场斗殴。这几乎是实验室1645年以来最骇人听闻的事情之一。1996年9月，两名文化部实验员就此事发生争执，于是私下决定对斗一场，利用实验室的一座试剂厂和周围四栋宿舍、两座小卖部当做“战斗地图”，各贿赂放出100余名[[民科]]、[[脑锑]]等精神病患者，拉拢12个室友，出来持武器对战。由于精神病患者人数众多，战斗很残忍。最后12名实验员均死亡，精神病丢酒精灯烧坏了试剂厂，还导致氟气扩散，毒死30多名无辜实验员。并且，得到“自由”的精神病向各实验员开枪，击杀50多名。后来，动用固定军队才将所有精神病逮捕送回，两名实验员以严重非主动破坏罪，被接受[[物理治疗]]，后一名自杀，另一名越狱被执行死刑。
+<br>
+{{Chem|(H2SO4)10}}+40Cu====40CuO+10H<sub>2</sub>S↑
-话说，那么多起惨案，实验员们，能不能使用和平一点的方式解决学术上的争端？实验室已经遭不起这样大的人员和经济损失了。
+==发现==
+某天，在[[赵明毅]]发现超盐酸后，他开始思考：如何把硫酸变成超硫酸呢？他将一种无毒物质——浓硫酸放在[[铌场]]内，在-300摄氏度低温，通2×10<sup>9</sup>A电流，只见浓硫酸变成晶体，铌场神秘的变成了[[锑场]]！这时，二氧化硅烧杯被反应掉了！赵明毅只能用最耐腐蚀的单质铯金属烧杯装入。与水反应后，电子竟然断裂产生碎片，每一片都可以吸起一个原子核，同时释放大量的H<sup>+</sup>，符合酸的标准。溶解时产生大量的热量导致铯烧杯被烧融了，产生了剧烈的核反应。锑星人都有极强抗辐射能力，因此这只是把赵明毅实验室炸毁一半而已。不过这个发现的利益远大于他的损失。
-=== 学龄 ===
+== 争议 ==
-锑星中学目前仍有对超硫酸的研学（“探究超酸的腐蚀性”）。[[锑星大学]]中有更复杂的研究，主要是针对倍盐的研究。
+关于超硫酸和[[超盐酸]]谁的酸性更强的问题，[[锑星]]内部发生了广泛的争议。尽管目前尚无最终定论，但一般认为超硫酸因为形成分子内氢键，酸性不如超盐酸强。
-=== 可以形成四、五、十倍盐的元素 ===
+== 超过二硫酸 ==
-氢（超硫酸）、锂、镁、铬、铁、铜（[[超硫酸铜]]）、锌、银、锡、锑（[[超硫酸锑]]）、钡、钨、锇、金<ref>产生一种四倍体酸（[[超硫金酸]]）</ref>、[[80 汞|汞]]、铋、镭、铀、镎、钚、锔、[[103 铹|铹]]、镆、[[116 钅立|钅立]]、[[119 钅圆|钅圆]]、[[121 钅鸡|钅鸡]]（特殊七倍盐）。
+超过二硫酸是锑星腐蚀性最强的液体。
+[[Category:超强酸]]
-=== 脱水性 ===
+[[Category:无机化合物]]
-超硫酸吸收水后重组，产生[[三倍硫酸|三倍体硫酸]]和[[高硫酸|高硫酸（HSO4）]]。略加压强即可回收利用。可谓实在便宜好用。
+[[Category:强氧化剂]]
-超硫酸性质很复杂，{{Black|怎么说呢，就这么一篇文章远远不够写}}的。因此，化学家们研究多聚物的路还很长。目前实验室还是以一倍体化合物多做研究，对于十倍酸的一些基础性质也会略作讨论。只有真正的实验室化学工人需要详细学习，普通读者仅了解好玩即可。
-其蒸汽有刺激性和毒性。
-=== 分子结构图 ===
-[[File:超硫酸分子.jpg|frameless]]
-== 用途 ==
-* 合成硫酸盐、超硫酸盐
-* 工业生产
-* 研究强酸
-* 吸水
-* 研究十聚物
-* 研究超重酸
-* 好处多多
-=== 制取 ===
-# 10H2SO4 [[做锑功（消歧义）|=<sbp>=]] (H2SO4)<sub>10</sub>
-# 锑鉲催化
-== 发现历史 ==
-年发功制取。
-{{酸}}
-== 附录 ==
-一般地，实验室禁止随意售卖。
-唯一无登记全责任购买是：
-{| class="fandom-table"
-|+表
-|十倍体硫酸
-%溶液
-|本实验室
-|超锑塑料装
-%纯度
-|199锑星币/mL
-|}
-== 专业参数 ==
-{{R180}}
-=== 倍盐与元素分类关系 ===
-倍体越高，越稳定，因为[[魔键]]强度越大。
-==== 一倍盐 ====
-绝大多数过渡金属都无法合成超盐。尤其一些性质稳定的元素，如钯。
-==== 二倍盐 ====
-这种超盐十分普遍，但易分解。一般出现在非金属中，超硫酸硅等就有二倍盐，一般一个超硫酸分子反应产生五个二倍盐。
-==== 四倍盐 ====
-难以形成的超盐，性质很稳定，需要使用十倍体酸或二倍体酸值得。一般地，锑与所有相对二十元酸都可以合成五份四倍盐。（因为五价锑元素性质活泼）。锑的四倍盐一般难溶于水。同理，铋也具有这样的性质。唯一破坏锑四倍盐的方式是电解。
-此外，极少数正五价过渡元素也可以形成，一般有铌、钽（不与二十元酸反应）、𬭊（不与十元酸和二十元酸反应）。钒的性质很稳定，不与十倍酸反应。
-四倍盐的稳定[[魔键]]是工业的关键。可用作稳定剂。
-==== 高倍盐 ====
-五倍盐、七倍盐、十倍盐都是罕见的产物，一般只有性质活泼的元素可以产生的超盐。工业上也用途不多。
-=== 吸水性 ===
-没有指数级增长，是普通浓硫酸的10倍。
-=== 腐蚀性 ===
-易破坏化合正一价、二价、三价、六价无机物质，四五价不以破坏，易合成硫酸盐。
-==== 有机物 ====
-绝大多数塑料都会破坏。[[氟锑乙烯]]、[[聚五十一锑乙烯]]不可破坏，[[夸克聚合膜]]不可破坏。
-=== 亲斥性 ===
-亲碱金属、碱土金属以及过渡金属。排斥卤素，可使其显正价。
-对16族元素不干扰，遇S可得到[[硫代超硫酸]]。
-=== 同形异构情况 ===
-没有。目前未找到超硫酸的同形异构现象。
-=== 放射活动性 ===
-与放射性元素化和，如果结果为超盐，可得到活动性降低的放射性元素盐，遇正一价放射性元素（如[[119 钅圆|钅圆]]）合成十倍盐，使化合物放射性几乎消失，半衰期趋近无限。如果结果为一倍盐，则不影响放射性。
-== 参考 ==
-# 实验室化合部指南《超理酸碱盐合成及性质手册》“十倍酸”一章。
-# 实验室科学丛书《认识超酸-冷门而有用的酸》“硫酸的倍体”一章。
-# 实验报告。
-# 《实验室1645～2020法律及安全事例档案册》。
-# 2016《十倍体物质价格》。
-# 化学工人教义《我们和锑星》“催化剂区别”、“[[做锑功（消歧义）|发功]]论”两章。
-[[Category:化合物]]
-[[Category:无机物]]
 [[Category:酸]]
-[[Category:强酸]]
+[[Category:超理化学]]
-[[Category:超强酸]]
-[[Category:十倍体]]
-[[Category:物质]]
-[[Category:超理产品]]