硫及其化合物 高等無機化學.ppt

硫及其化合物 演講者 朱業(yè)學號 SX1406021 自然界中硫的存在形式 單質(zhì)硫硫化礦硫酸鹽礦有機硫 常見的單質(zhì)硫 火山硫 隕石硫 常見的硫化礦 黃鐵礦 FeS2 工業(yè)制取硫酸的原料 貌似黃金 俗稱愚人金 常見的硫酸鹽礦 石膏 CaSO4 2H2O 綠礬FeSO4 7H2O 芒硝Na2SO4 10H2O 明礬KAl SO4 2 12H2O 重晶石 鋇餐 BaSO4 有機硫多儲存于生物機體內(nèi) 石油和煤內(nèi)也含有有機硫 但會因為產(chǎn)地不同導致成分不同 自然界中的硫循環(huán) 硫的生產(chǎn) 從自然硫礦床中提取從天然氣 煤氣和工業(yè)廢氣中回收 自然硫礦床中提取 從地面向含硫?qū)哟蛞豢谪Q井 然后用三個不同口徑的套管插入直達礦床 提取時將過熱水和過熱蒸汽從最大口徑的管壓進礦床 將硫熔融 從最小口徑的管子打進熱的壓縮空氣 將液態(tài)硫 水和空氣的混合物從中等管子中壓出地面 從井中出來的硫在容器中冷卻 即得成品 此法的優(yōu)點是不需開采礦石 而且可以得到很純凈的硫 99 5 99 9 無需進一步提純就可供一般使用 地下熔融法 Fraschprocess 回收硫 克勞斯法 Clausprocess 克勞斯法的主要化學反應為 自脫硫裝置來的酸性氣全部進入燃燒爐 見圖 克勞斯法其中的硫化氫有三分之一可氧化成二氧化硫 并與未氧化的硫化氫一起進入轉(zhuǎn)化器 進行催化轉(zhuǎn)化 為完成部分燃燒反應 通入燃燒爐的空氣需嚴格控制 硫的用途 一 制備含硫化合物 最主要的是硫酸 二 制備硫化橡膠 三 制備黑火藥和火柴 硫是生產(chǎn)煙火的主材料之一 四 制備硫化染料和顏料 如群青的生產(chǎn)材料之一就是硫磺 五 具有一定的藥用價值 能治療某些皮膚病 硫磺軟膏 溫泉中一般含有硫 六 粉末狀的硫磺在農(nóng)業(yè)上可作為殺菌劑和殺蟲劑 硫的危害 一 對環(huán)境 硫氧化物 SO2 SO3 是形成酸雨的主要成因 H2S 氣態(tài) 臭雞蛋味 有劇毒 二 對鋼鐵 在固態(tài)下 硫在鐵中的溶解度極小 而是以FeS的形態(tài)存在于鋼中 由于FeS的塑性差 使含硫較多的鋼脆性較大 并易產(chǎn)生熱脆性 三 對設備 高溫下硫生成的硫化氫對設備具有很強的腐蝕性 四 對礦石 硫化鐵礦 主要是黃鐵礦 會降低鐵的質(zhì)量分數(shù) 黃鐵礦中理論上鐵的質(zhì)量分數(shù)最高為46 67 降低礦石品位 導致冶煉前需進行浮選 增加成本 污染環(huán)境 五 對煤炭 無論是作為冶金煤還是動力煤 高硫煤都需要進行脫硫處理才能使用 作為冶金煤 硫含量必須很低 理由見三 作為動力煤 硫會腐蝕相關(guān)設備 三 對石油 對煉油設備腐蝕 并且會對油品安定性影響較大 會參與成膠反應 硫的一般性質(zhì) 硫的同素異形體 從結(jié)構(gòu)的觀點來看 硫的同素異形體有兩種涵義 一種是指硫原子以不同的方式結(jié)合成分子 例如在Sn分子中 n可以是1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 18 20 而另一種是指同一種硫分子在晶體中排列方式的不同 例如環(huán)八硫S8分子既可以形成正交硫 也可以組成單斜硫 Sn分子可以是由硫原子相互結(jié)合而成的環(huán)狀分子 也可以是由硫原子相互結(jié)合形成的鏈狀分子 在硫的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中 以環(huán)八硫分子最為穩(wěn)定 硫的鏈狀分子有長有短 長的硫鏈能達到105個硫原子以上 環(huán)八硫有著對稱性的皇冠結(jié)構(gòu) 故又稱皇冠硫 在這個環(huán)狀分子中 每個S原子采取sp3雜化態(tài) 與另外兩個硫原子形成共價單鍵相聯(lián)結(jié) 在此構(gòu)型中鍵長是206pm 內(nèi)鍵角為108 兩個面之間的夾角為98 環(huán)八硫分子可以形成多種晶體 其中最重要的有兩種 正交硫 斜方硫 菱形硫 硫 單斜硫 硫 正交硫和單斜硫都易溶于CS2中 環(huán)八硫的皇冠結(jié)構(gòu) 固態(tài)硫的同素異形體 正交硫是硫在常溫常壓下最穩(wěn)定的一種晶型 也是最常見的 應用最廣泛的一種晶態(tài)硫 其晶胞中含有16個環(huán)八硫分子 火山硫基本都是正交硫 將正交硫加熱到368 7K 正交硫會慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡绷?S S 從正交硫轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡绷蚴且粋€吸熱過程 當溫度低于368 7K時 單斜硫又會重新轉(zhuǎn)變?yōu)檎涣?因此368 7K這個溫度點就是正交硫和單斜硫兩種不同晶型互相轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變點 正交硫和單斜硫 彈性硫 無定形硫 彈性硫是深黃色有彈性的固體 相對于其它硫的同素異形體在二硫化碳中溶解度更小 不溶于水 微溶于酒精 是硫多種同素異形體中的一種 把硫粉加熱超過它的熔點就變成黃色流動性的液體 加熱到433K以上 S8環(huán)狀結(jié)構(gòu)斷裂變成無限長的鏈狀的分子 S 互相絞在一起 液態(tài)硫的顏色變深 粘度增加 接近473K時它的粘度最大 繼續(xù)加熱時 523K以上 長鏈硫斷裂為小分子 所以粘度下降 若把熔融的硫急速傾入冷水中 長鏈狀的硫被固定下來 成為能拉伸的彈性硫 但經(jīng)放置會發(fā)硬變?yōu)閱涡绷?二硫S2二硫為硫的雙原子分子 在720 硫主要以二硫存在 在530 低壓 1mmHg 的環(huán)境中 硫蒸汽占99 是二硫 火焰中產(chǎn)生的S2分子使硫燃燒時呈藍色 三硫S3三硫的彎曲結(jié)構(gòu)類似臭氧 為一櫻桃紅色的氣體 在440 10mmHg的環(huán)境 三硫組成了硫蒸汽的10 四硫S4在硫蒸汽存在 根據(jù)理論計算的最新觀點認為四硫有著環(huán)狀結(jié)構(gòu) 環(huán)五硫S5尚未分離 只在硫蒸汽偵測到 氣態(tài)硫的同素異形體 單質(zhì)硫的化學性質(zhì) 如上所述 硫有多種同素異形體 故不再介紹其物理性質(zhì) 但參與一般化學反應的 大都是環(huán)八硫S8 一般為簡便起見 我們?nèi)粤晳T把它寫作S 硫是一個相當活潑的元素 在室溫下 硫能和氟直接作用 加熱時 則能同氯 碳 磷等許多非金屬元素以及除金 鉑 鈀之外的所有金屬元素直接化合 例如 2S Cl2S2Cl2S FeFeSS HgHgS 在常溫下 于潮濕的空氣中 硫可被氧緩慢的氧化成硫酸 2S 3O2 2H2O2H2SO4加熱時 硫便在空氣中以藍色火焰燃燒而生成二氧化硫 S s O2 g SO2 g H298 296 8kJ mol硫不于非氧化性酸作用 但能同濃硝酸反應生成硫酸 S 6HNO3H2SO4 6NO2 2H2O和熱的濃硫酸反應 生成二氧化硫 S s 2H2SO4 l 3SO2 g 2H2O l H298 165 8kJ mol 硫的氫化物 硫化氫 硫化氫分子形狀與水分子相類似 因此它和水分子一樣是個極性分子 但它的極性比水弱得多 以至分子間幾乎不存在氫鍵 所以硫化氫的熔點 沸點都很低 硫化氫比水不穩(wěn)定 加熱高于700K時 即分解為元素 這是由于S H較O H鍵為弱之故 在實驗室里 常用人工合成的塊狀硫化亞鐵于Kipp發(fā)生器中與非氧化性酸作用來制備硫化氫 FeS 2HClH2S FeCl2 1 用于合成熒光粉 電放光 光導體 光電曝光計等的制造 有機合成還原劑 用于金屬精制 農(nóng)藥 醫(yī)藥 催化劑再生 通用試劑 制取各種硫化物 2 用于制造無機硫化物 還用于化學分析如鑒定金屬離子 硫化氫的用途 也可用石蠟和硫磺反應以堿金屬 堿土金屬 鋁的硫化物的水解來制備 利用有機含硫化物硫代乙酰胺的加熱水解 亦可制得硫化氫 CH3 C NH2 2H2OH2S CH3COONH4S控制加熱的程度 即可加速或減緩這一水解反應的進程 由硫化亞鐵和鹽酸反應而制得的硫化氫 常含有H2 N2 O2 CO2 AsH3和酸蒸汽等雜質(zhì) 為除去AsH3 可把用CaCl2干燥過的H2S導入一盛有干燥的I2和玻璃棉的U型管中 使AsH3和I2反應生成AsI3沉積在管內(nèi)而與H2S分離 反應生成的HI及原先所含的CO2等 則可用適量的蒸餾水洗去 如欲除去雜質(zhì)氣體H2 N2和O2 則可用P4O10將H2S干燥后 以干冰冷凍之 使其液化而與H2 N2和O2分離 硫化氫的實驗室制備方法 573k mol 完全干燥的氣態(tài)硫化氫在室溫下不同空氣中的氧發(fā)生作用 但在高溫時卻能在空氣中燃燒 產(chǎn)生藍色火焰并生成二氧化硫和水 2H2S g 3O2 g 2SO2 g 2H2O g H298 1036kJ mol在空氣供應不足的情況下 則生成單質(zhì)硫和水 2H2S g O2 g 2S s 2H2O g H298 442 4kJ mol這表明氣態(tài)硫化氫在高溫下具有一定的還原性 硫化氫中的氫原子能被大多數(shù)較活潑的金屬元素所取代 例如 H2S g Pb s H2 g PbS s H298 79 9kJ mol 氣態(tài)硫化氫的化學性質(zhì) 硫化氫的臨界溫度為373 6K 極易液化為無色的液體 由于硫化氫分子的極性比水弱得多 因此液態(tài)硫化氫對離子型和極性化合物來說 都不是一種良好的溶劑 相反 它卻能溶解許多非極性的物質(zhì) 硫化氫能溶于水 但溶解度并不大 在常溫常壓下 硫化氫的飽和水溶液的濃度約為0 1molg 1左右 通常把硫化氫的水溶液叫做硫化氫水溶液或者氫硫酸 溶液中存在著如下平衡 H2S H HS pKa1 6 88HS H S2 pKa2 14 15因此 硫化氫的水溶液顯微酸性 氫硫酸的化學性質(zhì) 硫化氫溶液除了顯示微酸性外 還表現(xiàn)出較氣態(tài)硫化氫為強的還原性 其飽和溶液的氧化還原電位如下 S 2H 2e H2S 0 1mol L E 0 141V如果將硫化氫溶液曝置在空氣中 它便逐漸被氧氧化而析出單質(zhì)硫 2H2S O22H2O 2S當硫化氫溶液遇到其他氧化劑時 則依氧化劑的強弱不同而被氧化為單質(zhì)硫或硫 VI 的含氧酸 例如 H2S I22HI S5H2S 2H3AsO42S As2S3 8H2OH2S 2FeCl3S 2FeCl2 2HCl 氫硫酸的還原性 H2S 4Br2 4H2OH2SO4 8HBrH2S 4Cl2 4H2OH2SO4 8HCl硫化氫在溶液中所能提供硫離子S2 的多寡 取決于溶液的pH值 在某一pH范圍內(nèi) 它可把某一或某些金屬離子沉淀為硫化物 硫的氧化物 二氧化硫 二氧化硫為無色透明氣體 有刺激性臭味 溶于水 乙醇和乙醚 液態(tài)二氧化硫比較穩(wěn)定 不活潑 氣態(tài)二氧化硫加熱到2000 不分解 不燃燒 與空氣也不組成爆炸性混合物 無機化合物如溴 三氯化硼 二硫化碳 三氯化磷 磷酰氯 氯化碘以及各種亞硫酰氯化物都可以任何比例與液態(tài)二氧化硫混合 堿金屬鹵化物在液態(tài)二氧化硫中的溶解度按I Br Cl 的次序減小 金屬氧化物 硫化物 硫酸鹽等多數(shù)不溶于液態(tài)二氧化硫 分子結(jié)構(gòu)與極性 V形分子 極性分子 二氧化硫的用途 1 用作有機溶劑及冷凍劑 并用于精制各種潤滑油 2 主要用于生產(chǎn)三氧化硫 硫酸 亞硫酸鹽 硫代硫酸鹽 也用作熏蒸劑 防腐劑 消毒劑 還原劑等 3 二氧化硫是中國允許使用的還原性漂白劑 對食品有漂白和對植物性食品內(nèi)的氧化酶有強烈的抑制作用 中國規(guī)定可用于葡萄酒和果酒 最大使用量0 25g kg 殘留量不得超過0 05g kg 4 農(nóng)藥 人造纖維 染料等工業(yè)部門 1 5 用于生產(chǎn)硫以及作為殺蟲劑 殺菌劑 6 按照ClaudeRibbe在 拿破侖的罪行 一書中的記載 二氧化硫在19世紀早期被一些在海地的君主當作一種毒藥來鎮(zhèn)壓奴隸的反抗 二氧化硫的工業(yè)制備 工業(yè)生產(chǎn)二氧化硫 SO2 制取二氧化硫的方法有 焚燒硫磺 焙燒硫鐵礦或有色金屬硫化礦 焚燒含硫化氫的氣體 煅燒石膏或磷石膏 加熱分解廢硫酸或硫酸亞鐵 以及從燃燒含硫燃料的煙道氣中回收 主要是硫酸原料氣 S O2SO23FeS2 8O26SO2 Fe3O4生產(chǎn)液體二氧化硫時通常先制得純二氧化硫氣體 然后經(jīng)壓縮或冷凍將其液化 二氧化硫的實驗室制備 實驗室通常用亞硫酸鈉與濃硫酸反應制取二氧化硫 Na2SO3 H2SO4Na2SO4 SO2 g H2O或用銅與濃硫酸加熱反應 Cu 2H2SO4CuSO4 SO2 g 2H2O尾氣處理 通入氫氧化鈉溶液吸收多余SO22NaOH SO2Na2SO3 H2O 二氧化硫的化學性質(zhì) 液態(tài)的二氧化硫只能和水有限的混溶 但它卻能和苯完全混溶 由于二氧化硫中硫的氧化數(shù)為 4 介于S 0 和S VI 之間 故二氧化硫既具有還原性 又具有氧化性 總的來說 它的氧化性不如還原性突出 顯示二氧化硫氧化性的一個重要反應 是二氧化硫在813K左右與催化劑 如氧化鋁載銅催化劑 的作用下 能迅速被一氧化碳還原為單質(zhì)硫 SO2 2COS 2CO2這個反應可以用于從工業(yè)廢氣中回收硫 另一個在工業(yè)中有價值的反應 是二氧化硫?qū)⒘蚧瘹溲趸癁閱钨|(zhì)硫的反應 2H2S SO23S 2H2O這個反應雖然在常況下能自發(fā)反應 但只在加熱時或有微量水存在下 或在催化劑存在下加熱 才有顯著的速度 二氧化硫的氧化性 二氧化硫的還原性 二氧化硫能被空氣中的氧緩慢氧化為三氧化硫 2SO2 O22SO3 H298 197 8kJ mol在有合適的催化劑存在時 上述反應便能夠向右加速進行 二氧化硫和五氯化磷反應 生成二硫酰氯 SO2 g PCl5 s SOCl2 l POCl3 l H298 102 5kJ mol如果將二氧化硫和氯氣混合曝置在陽光下 或者以樟腦作為催化劑 則都能發(fā)生反應 生成硫酰氯 SO2 g Cl2 g SO2Cl2 l H298 97 6kJ mol碘和溴都能將二氧化硫氧化為硫酸 SO2 I2 2H2OH2SO4 2HISO2 Br2 2H2OH2SO4 2HBr 液態(tài)二氧化硫通常裝在鋼筒中以備使用 它的氣化熱較高 蒸發(fā)時可吸收大量的熱 因而是一種有效的致冷劑 液態(tài)二氧化硫還能溶解許多有機物和無機物 因此它又是一種有用的非水溶劑 以液態(tài)二氧化硫作為溶劑 能進行許多反應 主要類型有 1 生成溶劑化物 KI 4SO2 l KI SO2 4KSCN SO2 l KSCN SO2 2 溶劑分解反應 PCl5 SO2 l POCl3 SOCl2WCl6 SO2 l WOCl4 SOCl2 三氧化硫 三氧化硫是一種無色易升華的固體 有三種物相 SO3絲質(zhì)纖維狀和針狀 密度1 97g cm3 熔點62 3 SO3石棉纖維狀 熔點62 4 在50 可升華 SO3玻璃狀 熔點16 8 沸點44 8 溶于水 并跟水反應生成硫酸和放出大量的熱 因此又稱硫酸酐 溶于濃硫酸而成發(fā)煙硫酸 它是酸性氧化物 可和堿性氧化物反應生成鹽 三氧化硫是很強的氧化劑 特別是在高溫時能氧化硫 磷 鐵 鋅以及溴化物 碘化物等 SO3是硫酸 H2SO4 的酸酐 因此 可以和水化合成硫酸 SO3 l H2O l H2SO4 aq H 88kJ mol 這個反應進行得非常迅速 而且是放熱反應 在大約340 以上時 硫酸 三氧化硫和水才可以在平衡濃度下共存 三氧化硫也與二氯化硫發(fā)生反應來生產(chǎn)亞硫酰氯 SO3 SCl2SOCl2 SO2三氧化硫還可以與堿類發(fā)生反應 生成硫酸鹽及其它物質(zhì) 如 SO3 2NaOHNa2SO4 H2O三氧化硫不可用濃硫酸干燥 因為SO3和濃硫酸會生成焦硫酸 H2SO4 SO3H2S2O7 硫的含氧酸及其鹽 人們一直稱二氧化硫的水溶液為亞硫酸溶液 但迄今為止 還未能從該水溶液中分離出游離的亞硫酸H2SO3來 事實上 在這樣的水溶液中 并不存在或只存在極少量的亞硫酸 在亞硫酸的水溶液中存在下列平衡 SO2 xH2O SO2 xH2O H HSO3 x 1 H2O K1 1 54 10 2 291K HSO3 H SO32 K2 1 02 10 7 291K 加酸并加熱時平衡向左移動 有SO2氣體逸出 加堿時 則平衡向右移動 生成酸式鹽或正鹽 NaOH SO NaHSO32NaOH SO Na SO H O 亞硫酸 亞硫酸鹽的性質(zhì) 所有的酸式亞硫酸鹽都易溶于水 但除了堿金屬和銨的亞硫酸鹽較易溶于水外 其他亞硫酸鹽均難溶或微溶于水 酸式亞硫酸鹽和亞硫酸鹽遇強酸即分解而放出二氧化硫 這也是實驗室制取少量SO2的一種方法 2MHSO3 H2SO4M2SO4 2SO2 2H2OM2SO3 H2SO4M2SO4 SO2 H2O亞硫酸鹽受熱時 一般都易發(fā)生歧化反應 例如 亞硫酸鈉在加熱時 會歧化為硫化鈉和硫酸鈉 4Na2SO3Na2S Na2SO4亞硫酸氫鹽在加熱時 則生成焦亞硫酸氫鹽 例如 2NaHSO3Na2S2O5 H2O 在亞硫酸和亞硫酸鹽中 硫的氧化數(shù)為 4 所以亞硫酸和亞硫酸鹽既有氧化性 又有還原性 但它們的還原性是主要的 亞硫酸鹽比亞硫酸具有更強的還原性 工業(yè)上常用亞硫酸鈉來除去水中溶解的氧 從而避免輸水鐵管的腐蝕 亞硫酸鹽有很多實際用途 例亞硫酸氫鈣大量用于造紙工業(yè) 即用它溶解木質(zhì)制造紙漿 亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉大量用于染料工業(yè) 也用作漂白織物時的去氯劑 反應如下 2H2O SO2 Cl2 SO42 2Cl 4H 另外 農(nóng)業(yè)上使用亞硫酸氫鈉作為抑制劑 促使水稻 小麥 油菜 棉花等農(nóng)作物增產(chǎn) 這是由于NaHSO3能抑制植物的光呼吸 從而提高凈光合所致 硫酸 硫酸 化學式 H SO 硫的最重要的含氧酸 無水硫酸為無色油狀液體 10 36 時結(jié)晶 通常使用的是它的各種不同濃度的水溶液 用塔式法和接觸法制取 前者所得為粗制稀硫酸 質(zhì)量分數(shù)一般在75 左右 后者可得質(zhì)量分數(shù)98 3 的純濃硫酸 沸點338 相對密度1 84 硫酸是一種最活潑的二元無機強酸 能和許多金屬發(fā)生反應 高濃度的硫酸有強烈吸水性 可用作脫水劑 碳化木材 紙張 棉麻織物及生物皮肉等含碳水化合物的物質(zhì) 與水混合時 亦會放出大量熱能 其具有強烈的腐蝕性和氧化性 故需謹慎使用 是一種重要的工業(yè)原料 可用于制造肥料 藥物 炸藥 顏料 洗滌劑 蓄電池等 也廣泛應用于凈化石油 金屬冶煉以及染料等工業(yè)中 常用作化學試劑 在有機合成中可用作脫水劑和磺化劑 接觸法生產(chǎn)硫酸 由于二氧化硫和氧氣是在催化劑的表面接觸時起反應轉(zhuǎn)化成三氧化硫 進而制得硫酸 因而將這種制備硫酸的方法稱為接觸法 一般的主要原料是硫鐵礦 FeS2 生產(chǎn)過程 1 造氣階段 裝置 沸騰爐 4FeS2 11O22Fe2O3 8SO2 2 接觸氧化階段 裝置 接觸室 2SO2 O22SO3 3 三氧化硫的吸收階段 裝置 吸收塔 用98 3 的硫酸吸收 再用92 5 的硫酸稀釋H2SO4 SO3 H2S2O7 焦硫酸 俗稱發(fā)煙硫酸 500 左右高溫 V2O5催化劑 高溫 純硫酸一般為無色油狀液體 密度1 84g cm 沸點337 能與水以任意比例互溶 同時放出大量的熱 使水沸騰 加熱到290 時開始釋放出三氧化硫 最終變成為98 34 的水溶液 在317 時沸騰而成為共沸混合物 硫酸的沸點及粘度較高 是因為其分子內(nèi)部的氫鍵較強的緣故 由于硫酸的介電常數(shù)較高 因此它是電解質(zhì)的良好溶劑 而作為非電解質(zhì)的溶劑則不太理想 硫酸的熔點是10 371 加水或加三氧化硫均會使凝固點下降 硫酸的物理性質(zhì) 盡管可以制出濃純凈的硫酸 并且室溫下是無限穩(wěn)定的 所謂的分解成恒沸物的反應發(fā)生在接近沸點的高溫之下 但是純硫酸凝固點過高 283 4K 所以為了方便運輸通常制成98 硫酸 故一般所說的 高濃度硫酸 指的便是濃度為98 的硫酸 另外 硫酸在不同的濃度下有不同的應用 以下為一些常見的濃度級別 硫酸亦可被制成其他形態(tài) 例如 將高濃度的SO3通入硫酸可制成發(fā)煙硫酸 H2S2O7 有關(guān)發(fā)煙硫酸的濃度 人們通常以SO3的百分比作準或者是H2SO4的百分比作準 兩者均可 一般所稱的 發(fā)煙硫酸 的濃度為45 含109 H2SO4 或65 含114 6 H2SO4 100 純發(fā)煙硫酸為固體 熔點為36 硫酸的化學性質(zhì) 酸性純硫酸加熱至290 分解放出部分三氧化硫 直至酸的濃度降到98 3 為止 這時硫酸為恒沸溶液 沸點為338 無水硫酸體現(xiàn)酸性是給出質(zhì)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(fā)煙硫酸是一種超酸體系 酸性強于純硫酸 但是廣泛存在一種誤區(qū) 即稀硫酸的酸性強于濃硫酸 這種想法是錯誤的 的確 稀硫酸第一步電離完全 產(chǎn)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(chǎn)生一部分硫酸合氫離子H3SO4 正是這一部分硫酸合質(zhì)子 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(zhì)子強得多 所以純硫酸的哈米特酸度函數(shù)高達 11 93 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 KNO3 H2SO4 K HSO4 HNO3HNO3 H2SO4 NO2 H3O 2HSO4 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(chǎn)生的NO2 有助于芳香烴的硝化反 1 脫水性脫水指濃硫酸脫去非游離態(tài)水分子或按照水的氫氧原子組成比脫去有機物中氫氧元素的過程 就硫酸而言 脫水性是濃硫酸的性質(zhì) 而非稀硫酸的性質(zhì) 濃硫酸有脫水性且脫水性很強 脫水時按水的組成比脫去 物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學變化 反應時 濃硫酸按水分子中氫氧原數(shù)的比 2 1 奪取被脫水物中的氫原子和氧原子或脫去非游離態(tài)的結(jié)晶水 如五水硫酸銅 CuSO4 5H2O 可被濃硫酸脫水的物質(zhì)一般為含氫 氧元素的有機物 其中蔗糖 木屑 紙屑和棉花等物質(zhì)中的有機物 被脫水后生成了黑色的炭 這種過程稱作炭化 一個典型的炭化現(xiàn)象是蔗糖的黑面包反應 在200mL燒杯中放入20g蔗糖 加入幾滴水 水加適量 攪拌均勻 然后再加入15mL質(zhì)量分數(shù)為98 的濃硫酸 迅速攪拌 觀察實驗現(xiàn)象 可以看到蔗糖逐漸變黑 體積膨脹 形成疏松多孔的海綿狀的炭 反應放熱 還能聞到刺激性氣體 C12H22O1112C 11H2O同時進行碳與濃硫酸反應 C 2H2SO4 濃 CO2 2SO2 2H2O 濃硫酸的化學特性 濃硫酸 2 強氧化性 1 與金屬反應 常溫下濃硫酸能使鐵 鋁等金屬鈍化 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 CuSO4