2H2SO4==H3SO4++HSO4- Kap(25°C)=[H3SO4+][HSO4-]=2.7×10^-4
在硫酸溶劑體系中,(H3SO4+)經(jīng)常起酸的作用,能質(zhì)子化很多物質(zhì)產(chǎn)生離子型化合物:NaCl+ H2SO4→NaHSO4+HCl【不加熱都能很快反應(yīng)】
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(qiáng)】
上述與HNO3的反應(yīng)所產(chǎn)生的(NO2+),有助于芳香烴的硝化反應(yīng)。[3]
稀硫酸化學(xué)性質(zhì)
化學(xué)性質(zhì)
1.可與多數(shù)金屬(比銅活潑)和絕大多數(shù)金屬氧化物反應(yīng),生成相應(yīng)的硫酸鹽和水
2.可與所含酸根離子對(duì)應(yīng)酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應(yīng),生成相應(yīng)的硫酸鹽和弱酸
3.可與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽和水
4.可與氫前金屬在一定條件下反應(yīng),生成相應(yīng)的硫酸鹽和氫氣
5.加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解。[3]
6.能與指示劑作用,使紫色石蕊試液變紅,使無(wú)色酚酞試液不變色(濃硫酸與酚酞作用顯橙紅色)
(1)跟金屬反應(yīng)
?、俪叵聺饬蛩崮苁硅F、鋁等金屬鈍化。
②加熱時(shí),濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應(yīng),生成高價(jià)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(yīng)中,硫酸表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性和酸性。
(2)非金屬反應(yīng)
熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價(jià)態(tài)的氧化物或含氧酸,本身被還原為二氧化硫。在這類反應(yīng)中,濃硫酸只表現(xiàn)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(zhì)反應(yīng)
濃硫酸具有強(qiáng)氧化性,實(shí)驗(yàn)室制取硫化氫、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。
常見誤區(qū)
稀硫酸在中學(xué)階段,一般當(dāng)成H2SO4=2H+ + SO4 2-,兩次完全電離,其實(shí)不是這樣的。
根據(jù)硫酸酸度系數(shù)
pKa1:-3.00 pka2:1.99
其二級(jí)電離不夠充分pka2:1.99,在稀硫酸中HSO4=可逆=H+ +SO4 2-
并未完全電離,1mol/L的硫酸一級(jí)電離完全,二級(jí)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(shí),硫酸氫根也只電離了30%左右。[3]
稀硫酸的檢驗(yàn)
【所需藥品】經(jīng)過鹽酸酸化的氯化鋇溶液,鎂粉
【檢驗(yàn)方法】使用經(jīng)過鹽酸(HCl)酸化的的氯化鋇(BaCl2)。向待測(cè)物溶液滴入幾滴經(jīng)過鹽酸酸化的氯化鋇溶液,震蕩,如果產(chǎn)生白色沉淀;向溶液中加入鎂粉后生成可燃性氣體,則待測(cè)溶液中含有硫酸。但此方法僅限中學(xué)階段。 [3]
工業(yè)用途
冶金及石油工業(yè)
用于冶金工業(yè)和金屬加工在冶金工業(yè)部門,特別是有色金屬的生產(chǎn)過程需要使用硫酸。例如用電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時(shí),電解液就需要使用硫酸,某些貴金屬的精煉,也需要硫酸來(lái)溶解去夾雜的其他金屬。在鋼鐵工業(yè)中進(jìn)行冷軋、冷拔及沖壓加工之前,都必須用硫酸清除鋼鐵表面的氧化鐵。在軋制薄板、冷拔無(wú)縫鋼管和其他質(zhì)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(jìn)行鍍鋅之前,都要經(jīng)過用硫酸進(jìn)行酸洗手續(xù)。在某些金屬機(jī)械加工過程中,例如鍍鎳、鍍鉻等金屬制件,也需用硫酸來(lái)洗凈表面的銹。在黑色冶金企業(yè)部門里,需要酸洗的鋼材一般約占鋼總產(chǎn)量的5%~6%,而每噸鋼材的酸洗,約消費(fèi)98%的硫酸30kg~50kg?!?br />
用于石油工業(yè)汽油、潤(rùn)滑油等石油產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,都需要濃硫酸精煉,以除去其中的含硫化合物和不飽和碳?xì)浠衔?。每噸原油精煉需要硫酸約24kg,每噸柴油精煉需要硫酸約31kg。石油工業(yè)所使用的活性白土的制備,也消耗不少硫酸。
在濃縮硝酸中,以濃硫酸為脫水劑;氯堿工業(yè)中,以濃硫酸來(lái)干燥氯氣、氯化氫氣等;無(wú)機(jī)鹽工業(yè)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制備都要用硫酸。許多無(wú)機(jī)酸如磷酸、硼酸、鉻酸(H2CrO4,有時(shí)也指CrO3)、氫氟酸、氯磺酸(ClSO3H);有機(jī)酸如草酸[(COOH)2]、醋酸(CH3COOH)等的制備,也常需要硫酸作原料。此外煉焦化學(xué)工業(yè)(用硫酸來(lái)同焦?fàn)t氣中的氨起作用副產(chǎn)硫酸銨)、電鍍業(yè)、制革業(yè)、顏料工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、油漆工業(yè)(有機(jī)溶劑的制備)、工業(yè)炸藥和鉛蓄電池制造業(yè)等等,都消耗相當(dāng)數(shù)量的硫酸。[4]
解決人民衣食住行的作用
用于化學(xué)纖維的生產(chǎn)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(chǎn)1t粘膠纖維,需要消耗硫酸1.2t~1.5t,每生產(chǎn)1t維尼龍短纖維,就要消耗98%硫酸230kg,每生產(chǎn)1t卡普綸單體,需要用1.6t20%發(fā)煙硫酸。此外,在尼龍、醋酸纖維、聚丙烯腈纖維等化學(xué)纖維生產(chǎn)中,也使用相當(dāng)數(shù)量的硫酸?!?br />
用于化學(xué)纖維以外的高分子化合物生產(chǎn)塑料等高分子化合物,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中越來(lái)越占有重要的地位。每生產(chǎn)1t環(huán)氧樹脂,需用硫酸2.68t,號(hào)稱“塑料王”的聚四氟乙烯,每生產(chǎn)1t,需用硫酸1.32t;有機(jī)硅樹膠、硅油、丁苯橡膠及丁腈橡膠等的生產(chǎn),也都要使用硫酸。
用于染料工業(yè)幾乎沒有一種染料(或其中間體)的制備不需使用硫酸。偶氮染料中間體的制備需要進(jìn)行磺化反應(yīng),苯胺染料中間體的制備需要進(jìn)行硝化反應(yīng),兩者都需使用大量濃硫酸或發(fā)煙硫酸。所以有些染料廠就設(shè)有硫酸車間,以配合需要?!?br />
用于日用品的生產(chǎn)生產(chǎn)合成洗滌劑需要用發(fā)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)、賽璐珞制品所需的原料硝化棉,都需要硫酸來(lái)制備。玻璃紙、羊皮紙的制造,也需要使用硫酸。此外,紡織印染工業(yè)、搪瓷工業(yè)、小五金工業(yè)、肥皂工業(yè)、人造香料工業(yè)等生產(chǎn)部門,也都需要使用硫酸。
用于制藥工業(yè)磺胺藥物的制備過程中的磺化反應(yīng),強(qiáng)力殺菌劑呋喃西林的制備過程中的硝化反應(yīng),都需用硫酸。此外,許多抗生素的制備,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、糖精等的制備,無(wú)不需用硫酸。[4]
鞏固國(guó)防的作用
某些國(guó)家硫酸工業(yè)的發(fā)展,曾經(jīng)是和軍用炸藥的生產(chǎn)緊密連結(jié)在一起的。無(wú)論軍用炸藥(發(fā)射藥、爆炸藥)或工業(yè)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。雖然這些化合物的制備是依靠硝酸,但同時(shí)必須使用濃硫酸或發(fā)煙硫酸。[4]
原子能工業(yè)及火箭技術(shù)的作用
原子反應(yīng)堆用的核燃料的生產(chǎn),反應(yīng)堆用的鈦、鋁等合金材料的制備,以及用于制造火箭、超聲速噴氣飛機(jī)和人造衛(wèi)星的材料的鈦合金,都和硫酸有直接或間接的關(guān)系。從硼砂制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。硼烷又用做制備硼氫化鈾用來(lái)分離鈾235的一種原料。 由此可見,硫酸與國(guó)防工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)都有著密切的關(guān)系。[4]
農(nóng)業(yè)用途
土壤改良
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,越來(lái)越多地采用硫酸改良高pH值的石灰質(zhì)土壤。過去20年來(lái),尿素-硫酸肥料的產(chǎn)量大幅度提高并在美國(guó)西部諸州的土壤中廣泛施用。將硫酸注入牛奶場(chǎng)湖泊,改變湖水pH值,可解決圈養(yǎng)牲畜過程產(chǎn)生的若干空氣和水質(zhì)問題,將硫酸施入農(nóng)用土壤和水中,其主要作用是溶解鈣、鎂的碳酸鹽和碳酸氫鹽。這些鈣、鎂鹽然后取代可交換的鈉鹽,鈉鹽隨后用水浸洗除去。當(dāng)碳酸鹽和碳酸氫鹽被分解后,硫酸與更惰性的物質(zhì)反應(yīng),釋放出磷、鐵等植物養(yǎng)分。簡(jiǎn)單地降低土壤的pH值可引起許多元素溶解度的變化,提高它們對(duì)植物的效力。在高pH值的石灰質(zhì)土壤上施用硫酸,可使植物更加健壯,收成增加。
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(huì)擦掉皮膚;少量硫酸接觸無(wú)需用干布。然后用大量冷水沖洗,再用3%-5%碳酸氫鈉溶液沖洗。用大量冷水沖洗剩余液體,最后再用NaHCO3溶液涂于患處,最后用0.01%的蘇打水(或稀氨水)浸泡。就醫(yī)。
眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動(dòng)清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。
吸入:迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。
食入:用水漱口,給飲牛奶或蛋清。就醫(yī)。[5]
消防措施
危險(xiǎn)特性:遇水大量放熱,可發(fā)生沸濺。與易燃物(如苯)和可燃物(如糖、纖維素等)接觸會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng),甚至引起燃燒。遇電石、高氯酸鹽、雷酸鹽、硝酸鹽、苦味酸鹽、金屬粉末等猛烈反應(yīng),發(fā)生爆炸或燃燒。有強(qiáng)烈的腐蝕性和吸水性。
有害燃燒產(chǎn)物:二氧化硫。
滅火方法:消防人員必須穿全身耐酸堿消防服。
滅火劑:干粉、二氧化碳、砂土。避免水流沖擊物品,以免遇水會(huì)放出大量熱量發(fā)生噴濺而灼傷皮膚。[5]
泄漏應(yīng)急處理
應(yīng)急處理:迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū),并進(jìn)行隔離,嚴(yán)格限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防酸堿工作服。不要直接接觸泄漏物。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏:用砂土、干燥石灰或蘇打灰混合。也可以用大量水沖洗,洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏:構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)S檬占鲀?nèi),回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。[5]
危險(xiǎn)性概述
健康危害:對(duì)皮膚、粘膜等組織有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用。蒸氣或霧可引起結(jié)膜炎、結(jié)膜水腫、角膜混濁,以致失明;引起呼吸道刺激,重者發(fā)生呼吸困難和肺水腫;高濃度引起喉痙攣或聲門水腫而窒息死亡??诜笠鹣罒齻灾聺冃纬桑粐?yán)重者可能有胃穿孔、腹膜炎、腎損害、休克等。皮膚灼傷輕者出現(xiàn)紅斑、重者形成潰瘍,愈后癍痕收縮影響功能。濺入眼內(nèi)可造成灼傷,甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影響:牙齒酸蝕癥、慢性支氣管炎、肺氣腫和肺硬化。
環(huán)境危害:對(duì)環(huán)境有危害,對(duì)水體和土壤可造成污染。
燃爆危險(xiǎn):本品助燃,具強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)刺激性,可致人體灼傷。
侵入途徑:吸入、食入。
健康危害:對(duì)皮膚、粘膜等組織有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用。對(duì)眼睛可引起結(jié)膜炎、水腫、角膜混濁,以致失明;引起呼吸道刺激癥狀,重者發(fā)生呼吸困難和肺水腫;高濃度引起喉痙攣或聲門水腫而死亡??诜笠鹣赖臒齻灾翝冃纬?。嚴(yán)重者可能有胃穿孔、腹膜炎、喉痙攣和聲門水腫、腎損害、休克等。慢性影響有牙齒酸蝕癥、慢性支氣管炎、肺氣腫和肺硬化。
毒性:屬中等毒性。
急性毒性:LD502140mg/kg(大鼠經(jīng)口);LC50510mg/m3,2小時(shí)(大鼠吸入);320mg/m3,2小時(shí)(小鼠吸入)
危險(xiǎn)特性:與易燃物(如苯)和有機(jī)物(如糖、纖維素等)接觸會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng),甚至引起燃燒。能與一些活性金屬粉末發(fā)生反應(yīng),放出氫氣。遇水大量放熱,可發(fā)生沸濺。具有強(qiáng)腐蝕性。
燃燒(分解)產(chǎn)物:氧化硫。[5]
操作處置
密閉操作,注意通風(fēng)。操作盡可能機(jī)械化、自動(dòng)化。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn),嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防毒面具(全面罩),穿橡膠耐酸堿服,戴橡膠耐酸堿手套。遠(yuǎn)離火種、熱源,工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。遠(yuǎn)離易燃、可燃物。防止蒸氣泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與還原劑、堿類、堿金屬接觸。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或制備溶液時(shí),應(yīng)把酸加入水中,避免沸騰和飛濺。
儲(chǔ)存注意事項(xiàng)
儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。庫(kù)溫不超過35℃,相對(duì)濕度不超過85%。保持容器密封。應(yīng)與易(可)燃物、還原劑、堿類、堿金屬、食用化學(xué)品分開存放,切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。[5]
廢棄處置
廢棄處置方法:緩慢加入堿液-石灰水中,并不斷攪拌,反應(yīng)停止后,用大量水沖入廢水系統(tǒng)。[5]
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