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第22章 硫酸的化学性质

硫酸作为一种很重要的强酸,它的化学性质主要有以下几个方面:

.脱水性就硫酸而言,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。

脱水性是浓硫酸的化学特性,硫酸的化学变化的过程就是物质被浓硫酸脱水的过程,在反应时,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。

能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(炭化)。如:

.强氧化性跟金属的反应。常温下,浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。加热时,浓硫酸可以与除金、铂之外的几乎所有的金属发生反应,生成高价金属硫酸盐,本身一般被还原成SO2。反应式如下:

浓)加热〖〗CuSO4+SO2↑浓)Fe2(SO4)3+3SO2↑在上述的反应中,硫酸所表现出来的化学性质为强氧化性和酸性。

跟非金属之间的反应。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,反应式如下:

浓)CO2↑+2SO2↑浓)3SO2↑浓)2H3PO4+5SO2↑跟其他还原性物质之间的反应。由于浓硫酸的强氧化性,因此在实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。反应式如下:

浓)S↓+SO2↑浓)BrBr2↑+SO2↑浓)I2↑+SO2↑.吸水性就硫酸而言,吸水性有很多用处,比如可以作为干燥剂来使用,很多的气体都可以用浓硫酸来干燥。吸水性与脱水性并不一样,应该说有很大的不同:脱水性一般反应前没有水,而是H、O元素以个数比2:1的形式形成水,从有机物中出来。而吸水性则是反应前就有水,只是在此过程中硫酸做了一个干燥剂的作用。如:

·5H2OH2SO4〖〗在这个反应中,硫酸所体现出来的就是吸水性,而不是脱水性,因为反应前有水。

另外在实验室制取乙烯的过程中,也体现了浓硫酸的吸水性,促使反应向正反应方向进行。在一些硫酸作催化剂的反应中,尤其是浓硫酸,一般体现的都是吸水性。

此外,将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中,其质量将增加,密度将减小,浓度降低,体积变大,这也是因为浓硫酸具有吸水性。

就硫酸而言,吸水性是浓硫酸的性质,而不是稀硫酸的性质。

浓硫酸的吸水作用,指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合,生成一系列稳定的水合物,并放出大量的热:H2SO4+nH2OH2SO4·nH2O。因为浓硫酸吸水的过程是物理变化的过程,吸水性是浓硫酸的物理性质。

浓硫酸能吸收的不仅是一般的游离态水(如空气中的水),而且还能吸收某些结晶水合物(如CuSO4·5H2O、Na2CO3·1OH2O)中的水。

.难挥发性可以用来制氯化氢、硝酸等,如用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体:

固)+H2SO4(浓)常温〖〗NaHSO4+HCI↑固)+H2SO4(浓)加热〖〗Na2SO4+2HCI↑↑此外,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气。

.酸性利用硫酸的这一性质可以制化肥,如氮肥、磷肥等。反应式如下:

.稳定性硫酸的稳定性主要体现在浓硫酸与亚硫酸盐的反应中:

↑硝酸硝酸也是一种重要的强酸,它是三大强酸(硫酸、盐酸、硝酸)之一,强氧化性和腐蚀性是它最主要的特点。硝酸的腐蚀性很强。除了金、铂、钛、铌、钽、钌、铑、饿、铱以外,其他金属几乎都能被它溶解。硝酸按不同的浓度可以有不同的分类,通常情况下人们所说的浓硝酸是指69%以上的硝酸溶液,而把98%以上的硝酸溶液称为发烟硝酸。

硝酸作为氮的最高价(+5)水化物,它的酸性非常强,一般情况下认为硝酸的水溶液是完全电离的,而且硝酸可以与醇发生酯化反应,如硝化甘油的制备就是利用这一原理而制成的。不过硝酸只有在与浓硫酸混合时,才能产生大量NO2+,这是硝化反应能进行的本质。

硝酸的水溶液的强氧化性及腐蚀性不管浓稀都会存在,浓度越高,其氧化性能越强。由于硝酸在一定的光照条件下会分解成H2O、NO2和O2,因此硝酸的一定要保存在阴凉处,并且一定要盛放在棕色瓶中。硝酸能溶解许多种金属(可以溶解银),生成盐、水、氮氧化物。

在历史上与硝酸有密切关系的就是炸药了。黑火药是最早出现的炸药,它的主要成分就是硝酸钠(或硝酸钾)。后来,又经过改进,用棉花与浓硝酸和浓硫酸发生反应,生成的硝酸纤维素,这是比黑火药威力更强的炸药。

盐酸的用途盐酸其实是一种俗称,它的学名叫氢氯酸,是氯化氢(化学式为HCl)的水溶液,属于一元酸。盐酸在化学性质中具有强烈的酸性,是一种强酸,而且浓盐酸的挥发性很强,因此我们经常在盛有浓盐酸的容器打开时的上方看见酸雾,那就是盐酸的小液滴,是氯化氢挥发后与空气中的水蒸气结合所产生的。在化学物品中,盐酸很常见,在一般情况下,浓盐酸中氯化氢的质量分数在37%左右。其实,胃酸的主要成分也是盐酸。

盐酸是一种很重要的无机化工原料,在各个行业如染料、医药、食品、印染、皮革、冶金等都得到广泛的应用。此外,盐酸在制造氯化锌等氯化物中也起着很重要的作用,它能从矿石中提取镭、钒、钨、锰等金属,制成氯化物。

目前,随着有机合成工业的发展,盐酸在国民经济生产中发挥了很大的作用,如用于水解淀粉制葡萄糖、制造盐酸奎宁等多种有机药剂的盐酸盐等。盐酸的用途非常广泛,具体介绍如下:

.用于稀有金属的湿法冶金如钨的冶炼。先将白钨矿与碳酸钠混合,在空气中焙烧(800~900℃)下生成钨酸钠。再将钨酸钠浸在90℃的水中让它溶解,而盐酸的作用就是在这个时候使它酸化,将沉淀下来的钨酸滤出后,再经灼热,生成氧化钨。最后,将氧化钨在氢气流中灼热,就得到了金属钨。

.用于有机合成举个例子来说,氯化氢能在180~200℃的温度时,在汞盐的催化作用下与乙炔发生加成反应。生成氯乙烯,再加上引发剂的作用,聚合而成聚氯乙烯。

.用于漂染工业盐酸经常用于棉布漂白后的酸洗以及与棉布丝光处理后残留的碱进行中和。另外在印染的过程中,当有些染料无法溶于水时也需要用盐酸来对其进行处理,使其成为可溶性的盐酸盐,才能应用。

.用于金属加工在金属的加工中,盐酸的作用就体现在去锈中,如钢铁制件的镀前处理,就需要先用烧碱溶液洗涤以除去油污,再用盐酸浸泡;而在金属焊接之前,也需要在焊口涂上一点盐酸等等,主要作用就在于利用盐酸能金属氧化物这一性质溶解,从而达到去锈的目的。

.用于食品工业盐酸在食品中的作用与制造味精的原理差不多,如在制化酱油的时候,在浸泡蒸煮过的豆饼等原料的溶液中经常会含有一定量的盐酸。之所以如此是因为盐酸具有催化作用,能促使其中复杂的蛋白质进行水解,在经过一定的时间后,就生成具有鲜味的氨基酸,再用苛性钠中和,即得氨基酸钠。

.用于无机药品及有机药物的生产因为盐酸是一种强酸,它能与某些金属、金属氧化物、金属氢氧化物以及大多数金属盐类都能发生反应,生成盐酸盐。因此,盐酸在很多无机药品的生产上也有很重要的作用。此外,在医药上的好多有机药物,例如奴佛卡因、盐酸硫胺(维生素B1的制剂)等,也是用盐酸制成的。

经过以上的列举,我们发现盐酸的用途真的很广泛。以上列举的只是在工业生产上,在实际生活中,盐酸的用途也很多,在化学实验和科学研究上,对盐酸的运用自然就更多。