硫酸(化学式:H₂SO₄),硫的最重要的含氧酸。无水硫酸为无色油状液体,10.36℃时结晶,通常使用的是它的各种不同浓度的水溶液,用塔式法和接触法制取。前者所得为粗制稀硫酸,质量分数一般在75%左右;后者可得质量分数98.3%的纯浓硫酸,沸点338℃,相对密度1.84。
硫酸是一种最活泼的二元无机强酸,能和许多金属发生反应。高浓度的硫酸有强烈吸水性,可用作脱水剂,碳化木材、纸张、棉麻织物及生物皮肉等含碳水化合物的物质。与水混合时,亦会放出大量热能。其具有强烈的腐蚀性和氧化性,故需谨慎使用。是一种重要的工业原料,可用于制造肥料、药物、炸药、颜料、洗涤剂、蓄电池等,也广泛应用于净化石油、金属冶炼以及染料等工业中。
脱水剂
硫酸是一种强脱水剂,在有机合成反应中起到关键作用。其强大的脱水能力使得硫酸能够吸收反应体系中的水分,从而促进反应的顺利进行。在实验室环境中,硫酸常用于脱水醇、脱水酸等反应,还可以用于脱水糖和脱水脂肪酸。这种脱水作用不仅限于稀硫酸,浓硫酸的脱水性尤为显著。
化肥生产
硫酸在化肥生产中扮演着至关重要的角色。硫酸铵,也被称为硫铵或肥田粉,是硫酸的主要用途之一。在生产硫酸铵的过程中,每吨产品需要消耗760kg的硫酸。此外,过磷酸钙的生产也需要消耗大量的硫酸,每吨产品需要消耗360kg。这些化肥是农业生产的基础,对于提高农作物产量和质量具有重要作用。
制硝酸
硫酸在制硝酸过程中起到关键作用。硝酸(HNO3)是一种易溶于水的酸,其制备通常使用浓硫酸作为催化剂和脱水剂。这一过程涉及将氨与浓硫酸混合,生成硫酸铵,随后加热以分解为硝酸和硫酸。浓硫酸不仅加速了反应速率,还确保了反应的高效进行。因此,在实验室或工业生产中,浓硫酸是制硝酸不可或缺的原料。
乙醇脱水制乙烯
乙醇脱水制乙烯过程中,浓硫酸起到了双重作用:作为催化剂和脱水剂。具体来说,当乙醇与浓硫酸混合时,它们的体积比通常是1∶3。这种比例确保了浓硫酸能够有效地催化乙醇脱水反应,同时由于其强酸性,还能有效地去除反应中生成的水,从而促进乙烯的生成。这一过程不仅提高了反应速率,还优化了乙烯的产量。
物理性质:
硫酸是一种无色、黏稠的油状液体,具有高密度和难挥发性,易溶于水,并能以任意比例与水互溶。浓硫酸比较粘稠,密度为1.84,沸点为338摄氏度。纯硫酸的熔点是10.371℃,加水或加三氧化硫均会使凝固点下降。
化学性质:
硫酸是一种无机强酸,具有强酸性、强氧化性、脱水性和吸水性。稀硫酸具有酸的通性,能与金属氧化物反应,与碱性物质中和。浓硫酸在加水时会放出大量的热,具有强烈的腐蚀性和氧化性,因此需要谨慎使用。