硫酸化学式为H2SO4,是一种具有高腐蚀性的强酸。能和绝大多数金属发生反应。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。常用作化学试剂,在有机合成中可用作脱水剂和磺化剂。
纯硫酸一般为无色油状液体,密度1.84 g/cm³,沸点338℃,能与水以任意比例互溶,同时放出大量的热,使水沸腾。加热到290℃时开始释放出三氧化硫,最终变成为98.54%的水溶液,在317℃时沸腾而成为共沸混合物。硫酸的沸点及粘度较高,是因为其分子内部的氢键较强的缘故。由于硫酸的介电常数较高,因此它是电解质的良好溶剂,而作为非电解质的溶剂则不太理想。硫酸的熔点是10.371℃,加水或加三氧化硫均会使凝固点下降。
纯硫酸加热至290℃分解放出部分三氧化硫,直至酸的浓度降到98.3%为止,这时硫酸为恒沸溶液,沸点为338°C。无水硫酸体现酸性是给出质子的能力,纯硫酸仍然具有很强的酸性,98%硫酸与纯硫酸的酸性基本上没有差别,而溶解三氧化硫的发烟硫酸是一种超酸体系,酸性强于纯硫酸,但是广泛存在一种误区,即稀硫酸的酸性强于浓硫酸,这种想法是错误的。
的确,稀硫酸第一步电离完全,产生大量的水合氢离子H3O+;但是浓硫酸和水一样,自身自偶电离会产生一部分硫酸合氢离子H3SO4+,正是这一部分硫酸合质子,导致纯硫酸具有非常强的酸性,虽然少,但是酸性却要比水合质子强得多,所以纯硫酸的哈米特酸度函数高达-12.0。
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。
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。
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。