浓硫酸的特性及作用可行性研究
第一节 浓硫酸的概念
浓硫酸,俗称坏水,化学分子式为H₂SO₄,是一种具有高腐蚀性的强矿物酸。浓硫酸指质量分数大于或等于70%的硫酸溶液。浓硫酸还具有强腐蚀性:在常压下,沸腾的浓硫酸可以腐蚀除铱和钌之外所有金属(甚至包括金和铂),其可以腐蚀的金属单质种类的数量甚至超过了王水。硫酸在浓度高时具有强氧化性,这是它与稀硫酸最大的区别之一。同时它还具有脱水性,难挥发性,酸性,吸水性等。(可行性
研究)
第二节 浓硫酸的特性
1.脱水性
⑴就硫酸而言,脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,即浓硫酸有脱水性且脱水性很强。
⑵脱水性是浓硫酸的化学特性,物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程,反应时,浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比(2∶1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。
⑶可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物,其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物,被脱水后生成了黑色的炭(碳化),并会产生二氧化硫。浓硫酸 如C12H22O11————>12C + 11H2O
2.强氧化性
⑴跟金属反应。
①常温下,浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。主要原因是硫酸分子与这些金属原子化合,生成致密的氧化物薄膜,防止氢离子或硫酸分子继续与金属反应. Fe+nH2SO4(浓)===Fe·nH2SO4。
②加热时,浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应,生成高价金属硫酸盐,本身一般被还原成SO2 △Cu + 2H2SO4(浓) ====CuSO4 + SO2↑+ 2H2O △2Fe + 6H2SO4(浓) ==== Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O 在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。
⑵跟非金属反应
热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸,本身被还原为SO2。在这类反应中,浓硫酸只表现出氧化性。 △C + 2H2SO4(浓) ==== CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O △S + 2H2SO4(浓) ==== 3SO2↑ + 2H2O △2P + 5H2SO4(浓) ==== 2H3PO4 + 5SO2↑ + 2H2O。
⑶跟其他还原性物质反应浓硫酸具有强氧化性,实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。 △H2S + H2SO4(浓) ==== S↓ + SO2↑ + 2H2O △2HBr + H2SO4(浓) ==== Br2↑ + SO2↑ + 2H2O △2HI + H2SO4(浓) ==== I2↑ + SO2↑ + 2H2O
3.难挥发性(高沸点)
制氯化氢、硝酸等(原理:利用难挥发性酸制易挥发性酸) 如,用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体2NaCl(固)+H2SO4(浓)==Na2SO4+2HCl↑ Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑ 再如,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气。
4.酸性
制化肥,如氮肥、磷肥等 2NH3+H2SO4==(NH4)2SO4Ca3(PO3)2+2H2SO4==2CaSO4+Ca(H2PO4)
5.稳定性
浓硫酸与亚硫酸盐反应Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑
第三节 浓硫酸的作用
浓硫酸在有机反应中常常表现三个方面的作用,即催化作用,吸水作用和脱水作用。例如:用乙醇制乙烯,乙酸和乙醇发生酯化,苯和浓硝酸的硝化,都用到浓硫酸。在这些反应中,浓硫酸都起了催化作用,但还利用了浓硫酸的吸水性或脱水性。究竟是利用了浓硫酸的吸水性还是脱水性?有较多的同学在回答此问题时常常张冠李戴,混淆不清。
物质的化学性质是由结构决定的,能否表现出这一性质却是由外部环境决定的。酸和醇发生酯化反应中:酯化反应需要酸或碱作催化剂,因此,浓硫酸能体现催化作用。酸和醇中有氢有氧,浓硫酸常温下就能使它们脱水,故浓硫酸又能体现脱水性。酯化反应生成的有游离水,可供浓硫酸吸收,所以浓硫酸又能体现吸水性。该反应中浓硫酸表现了哪些性质呢?反应的实质是: H+先和羧酸中的羧基形成烊盐,使羧基的碳原子带有更高的正电性,有利于醇羟基中亲核试剂进攻,然后再失去一分子水,再失去氢离子形成酯,浓硫酸起到了脱水剂的作用。同时,消去的水被浓硫酸固定,使得本反应得以不断向右进行,浓硫酸又起到了吸水剂的作用。因此,在酯化反应中,浓硫酸体现了催化剂、吸水剂和脱水剂的作用。
第四节 硫酸的危害
硫酸具有极高的腐蚀性,特别是高浓度硫酸。高浓度的硫酸不光为强酸性,也具有强烈去水及氧化性质:除了会和肉体里的蛋白质及脂肪发生水解反应并造成严重化学性烧伤之外,它还会与碳水化合物发生高放热性去水反应并将其碳化,造成二级火焰性灼伤,对眼睛及皮肉造成极大伤害。
健康危害: 对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。蒸气或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊,以致失明;引起呼吸道刺激,重者发生呼吸困难和肺水肿;高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引起消化道烧伤以致溃疡形成;严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等。皮肤灼伤轻者出现红斑、重者形成溃疡,愈后癍痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤,甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影响:牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。
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