標籤:易制毒化學品腐蝕品易制爆化學品

硫酸,化學式為H₂SO₄,是一種具有高腐蝕性的強礦物酸,一般為透明至微黃色,有時亦會被染成暗褐色以提高人們對其的警惕性。 其具有高沸點並易溶於水,在不同濃度下有不同的特性,故有不同的應用,也是許多化工產品的原料。它能透過不同的反應對皮肉造成很大的傷害,故在使用時宜多加小心。 硫酸亦是其中一個六大無機強酸(硫酸、硝酸(HNO₃)、鹽酸(HCl,學名氫氯酸)、氫溴酸(HBr)、氫碘酸(HI)、高氯酸(HClO₄),也是所有酸中最常見的強酸之一。

1簡介

中文名稱:硫酸 liú suān
硫酸

  硫酸

中文別名:電瓶酸;蓄電池硫酸;硫酸;濃硫酸(≥30%);發煙硫酸(98.3%)
英文名稱:Sulfuric acid
英文別名:Acid Mist; Dipping Acid; BOU; Hydrogen sulfate;
Oil of vitriol; Sulfur acid; Sulfuric acid, spent; Sulfuric;
Vitriol Brown Oil; Sulphuric acid; Sulfate acid; Sulfuric acid (98%); Battery acid; Sulfuric acid for
storage battery; Sulfuric acid, standard solution; Sulfuric acid, fuming (20%); Oleum; Sulfuric
acid,fuming
球棍模型

  球棍模型

CAS:7664-93-9
EINECS號231-639-5

2上下游產品信息

上游原料:黃銅礦、金精礦、硫磺、硫精礦粉、硫精砂、硫鐵礦、煤、鹽酸
下游產品:無水氟化氫、3,5-二羥基苯甲酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸、硫酸二甲酯、四氯苯酐、1,5-二羥基萘、己內醯胺、間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉、重烷基苯磺酸鈉、輕液體石蠟、白油、間羥基苯甲酸、3-氨基苯酚、脫氫硫代對甲苯胺單磺酸

3物理性質

溶解放熱
濃硫酸溶解時放出大量的熱,因此濃硫酸稀釋時應該「酸入水,沿器壁,慢慢倒,不斷攪。」若將水倒入濃硫酸中,溫度將達到173℃,導致酸液飛濺,造成安全隱患。
硫酸是一種無色黏稠油狀液體,是一種高沸點難揮發的強酸,易溶於水,能以任意比與水混溶。
吸水性
將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中,其質量將增加,密度將減小,濃度降低,體積變大,溶質質量分數將變小。這是因為濃硫酸具有吸水性。它是良好的乾燥劑。用以乾燥酸性和中性氣體,如CO₂,H₂,N₂,NO₂,HCl,SO₂等,不能幹燥鹼性氣體,如NH₃,以及常溫下具有還原性的氣體,如H₂S,HBr,HI等。

4化學性質

強氧化性
(1)跟金屬反應
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)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+2H₂SO₄ (濃)=加熱=3SO₂↑+2H₂O
2P+5H₂SO₄ (濃)=加熱=2H₃PO₄+5SO₂↑+2H₂O
(3)跟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
強酸性
硫酸

  硫酸

硫酸是無色油狀液體,10.4°C時凝固。加熱純硫酸時,沸點290°C,並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就是一種超酸體系了,酸性強於純硫酸。
但是廣泛存在一種誤區——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,就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。
純硫酸是無色、粘稠,導電性能極高的油狀液體,並不易揮發,但是加熱沸騰前會產生大量的白霧狀硫酸酸霧。純硫酸是一種非常極性的液體,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,這是由於它發生自偶電離生成的兩種離子所致,這個過程被稱為質子自遷移。這種反應機理是和純磷酸以及純氫氟酸所同出一轍的。但純硫酸達成這種反應平衡所需要的時間則比以上兩者快得多,差不多是即時性的。
2H₂SO₄==H₃SO₄++HSO₄- Kap(25°C)=[H₃SO₄+][HSO₄-]=2.7×10-4
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+)+2(HSO₄-
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。

5稀硫酸化學性質

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pka2=1.99,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,二級電離大概電離10%左右,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30%左右。
工業用途
冶金及石油工業
用於冶金工業和金屬加工在冶金工業部門,特別是有色金屬的生產過程需要使用硫酸。例如用電解法精鍊銅、鋅、鎘、鎳時,電解液就需要使用硫酸,某些貴金屬的精鍊,也需要硫酸來溶解去夾雜的其他金屬。在鋼鐵工業中進行冷軋、冷拔及衝壓加工之前,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,都要經過用硫酸進行酸洗手續。在某些金屬機械加工過程中,例如鍍鎳、鍍鉻等金屬製件,也需用硫酸來洗凈表面的銹。在黑色冶金企業部門裡,需要酸洗的鋼材一般約佔鋼總產量的5%~6%,而每噸鋼材的酸洗,約消費98%的硫酸30kg~50kg。
用於石油工業汽油、潤滑油等石油產品的生產過程中,都需要濃硫酸精鍊,以除去其中的含硫化合物和不飽和碳氫化合物。每噸原油精鍊需要硫酸約24kg,每噸柴油精鍊需要硫酸約31kg。石油工業所使用的活性白土的製備,也消耗不少硫酸。
在濃縮硝酸中,以濃硫酸為脫水劑;氯鹼工業中,以濃硫酸來乾燥氯氣、氯化氫氣等;無機鹽工業中,如冰晶石(Na₃AlF₆)、硼砂(Na₂B₄O7·10H₂O)、磷酸三鈉(Na₃PO₄)、磷酸氫二鈉(Na₂HPO₄)、硫酸鉛(PbSO₄)、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的製備都要用硫酸。許多無機酸如磷酸、硼酸、鉻酸(H₂CrO₄,有時也指CrO₃)、氫氟酸、氯磺酸(ClSO₃H);有機酸如草酸[(COOH)₂]、醋酸(CH₃COOH)等的製備,也常需要硫酸作原料。此外煉焦化學工業(用硫酸來同焦爐氣中的氨起作用副產硫酸銨)、電鍍業、製革業、顏料工業、橡膠工業、造紙工業、油漆工業(有機溶劑的製備)、工業炸藥和鉛蓄電池製造業等等,都消耗相當數量的硫酸。
可用作硬水的軟化劑、離子交換再生劑、pH值調節劑、氧化劑和洗滌劑等。還可用於化肥、農藥、染料、顏料、塑料、化纖、炸藥以及各種硫酸鹽的製造。在石油的煉製、有色金屬的冶鍊、鋼鐵的酸洗處理、製革過程以及煉焦業、輕紡業、國防軍工都有廣泛的應用。強酸性清洗腐蝕劑。在集成電路製造工藝中主要用於矽片清洗。
解決人民衣食住行的作用
用於化學纖維的生產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1t粘膠纖維,需要消耗硫酸1.2t~1.5t,每生產1t維尼龍短纖維,就要消耗98%硫酸230kg,每生產1t卡普綸單體,需要用1.6t20%發煙硫酸。此外,在尼龍、醋酸纖維、聚丙烯腈纖維等化學纖維生產中,也使用相當數量的硫酸。
用於化學纖維以外的高分子化合物生產塑料等高分子化合物,在國民經濟中越來越佔有重要的地位。每生產1t環氧樹脂,需用硫酸2.68t,號稱「塑料王」的聚四氟乙烯,每生產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,也都要使用硫酸。
用於染料工業幾乎沒有一種染料(或其中間體)的製備不需使用硫酸。偶氮染料中間體的製備需要進行磺化反應,苯胺染料中間體的製備需要進行硝化反應,兩者都需使用大量濃硫酸或發煙硫酸。所以有些染料廠就設有硫酸車間,以配合需要。
用於日用品的生產生產合成洗滌劑需要用發煙硫酸和濃硫酸。塑料的增塑劑(如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯)、賽璐珞製品所需的原料硝化棉,都需要硫酸來製備。玻璃紙、羊皮紙的製造,也需要使用硫酸。此外,紡織印染工業、搪瓷工業、小五金工業、肥皂工業、人造香料工業等生產部門,也都需要使用硫酸。
用於製藥工業磺胺藥物的製備過程中的磺化反應,強力殺菌劑呋喃西林的製備過程中的硝化反應,都需用硫酸。此外,許多抗生素的製備,常用藥物如阿斯匹林、咖啡因、維生素b(2)b12及維生素c、某些激素、異煙肼、紅汞、糖精等的製備,無不需用硫酸。
鞏固國防的作用
某些國家硫酸工業的發展,曾經是和軍用炸藥的生產緊密連結在一起的。無論軍用炸藥(發射葯、爆炸藥)或工業炸藥,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。雖然這些化合物的製備是依靠硝酸,但同時必須使用濃硫酸或發煙硫酸。
原子能工業及火箭技術的作用
原子反應堆用的核燃料的生產,反應堆用的鈦、鋁等合金材料的製備,以及用於製造火箭、超聲速噴氣飛機和人造衛星的材料的鈦合金,都和硫酸有直接或間接的關係。從硼砂製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。硼烷又用做製備硼氫化鈾用來分離鈾235的一種原料。 由此可見,硫酸與國防工業和尖端科學技術都有著密切的關係。
日常家居用途
世界各地大多數酸性化學通渠用品均含有濃硫酸。這一類的通渠用品就和鹼性的通渠用品一樣,可以溶解淤塞在渠道里的油污及食物殘渣等。不過,由於濃硫酸會與水發生高放熱反應,故建議在使用前盡量保持渠道乾爽,並慢慢倒入有關化學用品,另需佩戴手套。

6使用注意事項

急救措施
皮膚接觸:大量硫酸與皮膚接觸需要先用干布吸去,不能用力按、擦,否則會擦掉皮膚;少量硫酸接觸無需用干布。然後用大量冷水沖洗,再用3%~5%碳酸氫鈉溶液沖洗。用大量冷水沖洗剩餘液體,最後再用NaHCO₃溶液塗於患處,最後用0.01%的蘇打水(或稀氨水)浸泡。就醫。
眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫。
吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。
食入:用水漱口,給飲牛奶或蛋清。就醫。
泄漏應急處理
應急處理:迅速撤離泄漏污染區人員至安全區,並進行隔離,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防酸鹼工作服。不要直接接觸泄漏物。儘可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏:用砂土、乾燥石灰或蘇打灰混合。也可以用大量水沖洗,洗水稀釋後放入廢水系統。大量泄漏:構築圍堤或挖坑收容。用泵轉移至槽車或專用收集器內,回收或運至廢物處理場所處置。
儲存注意事項
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。應與易(可)燃物、還原劑、鹼類、鹼金屬、食用化學品分開存放,切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。
自然界
酸雨能產生硫酸,酸雨中的二氧化硫(SO₂)與大氣中的水反應,生成亞硫酸(H₂SO₃),亞硫酸又與大氣中的氧氣反應,生成硫酸(H₂SO₄),落到地面 。引起酸性土壤的形成,改良酸性土壤通常用鹼性物質進行中和,如:氫氧化鈣溶液(石灰水),化學方程式為:H₂SO₄+Ca(OH)₂=CaSO₄+2H₂O
工業製法
方法一:
生產硫酸的原料有硫黃、硫鐵礦、有色金屬冶鍊煙氣、石膏、硫化氫、二氧化硫和廢硫酸等。硫黃、硫鐵礦和冶鍊煙氣是三種主要原料。
  1. 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
  2. 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)
  3. 用98.3%硫酸吸收
    SO₃+H₂SO₄=H₂S₂O₇(焦硫酸)
  4. 加水
    H₂S₂O₇+H₂O=2H₂SO₄
  5. 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。
二水法磷酸反應后,利用磷石膏,工業循環利用,使用二水法制硫酸。
方法二:
  1. 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
  2. 將二氧化硫溶於水變成亞硫酸。
  3. 亞硫酸氧化得硫酸。

7歷史

據中國科學家考證,在公元650~683年(唐高宗時),煉丹家孤剛子在其所著《黃帝九鼎神丹經訣》卷九中就記載著「鍊石膽取精華法」,即乾餾石膽(膽礬)而獲得硫酸。若用化學方程式表示則為:
CuSO₄·5H₂O=加熱=CuSO₄+5H₂O
CuSO₄==高溫==CuO+SO₃↑
SO₃+H₂O=H₂SO₄
這一發現比西方早五六百年。
孤剛子不僅用這種硫酸分解過金礦,而且還發現了硫酸參與的許多驚奇的變化,如他知道稀硫酸對銅不能腐蝕的性質。
8世紀阿拉伯煉金家賈比爾發現,將硝石和綠礬一起蒸餾,所得氣體溶於水得硫酸。後來人們還發現某些礦泉中有濃厚的硫磺味道,可治療皮膚病,這是因為河水長期接觸硫鐵礦(FeS₂)等,被緩慢氧化成微量H₂SO₄,使河水味道發酸。這個變化可表示為:
2FeS₂+7O₂+2H₂O==2H₂SO₄+2FeSO₄至於用硫磺燃燒(通過鉛室法)制硫酸,則是17世紀以後的事,而用接觸法制硫酸則更是19世紀以後才出現的。

8發展狀況

謙比希銅冶鍊硫酸Ⅱ系列投產成功
中國有色礦業公布,公司在尚比亞企業謙比希銅冶鍊二期擴建關鍵項目之一硫酸Ⅱ系列於2012年11月28日開始進行轉化器升溫,12月2日正式進入試生產期,並於當天產出1200噸硫酸(98%),裝置一次投產成功。
硫酸Ⅱ系列是為配合謙比希銅冶鍊熔煉系統的產能提升至25萬噸的綜合冶鍊煙氣回收的環保項目。該項目的順利投入,使謙比希銅冶鍊的硫酸產能從一期的每年28萬噸提升到每年60萬噸。
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