硫酸 (Liúsuān) - 硫酸详解

1. 简介

硫酸（化学式：H₂SO₄）是一种重要的无机化合物，也被称为"工业之母"。 它是一种无色、无臭、黏稠的液体，具有强烈的腐蚀性和吸水性。 硫酸在工业、农业、化学研究等领域拥有广泛的应用。 硫酸的强度取决于它的浓度，高浓度的硫酸具有极强的腐蚀性，低浓度的硫酸腐蚀性相对较弱，但仍然需要小心处理。

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2. 物理性质

• 外观：无色至微黄色黏稠液体
• 气味：无气味
• 分子量：98.08 g/mol
• 熔点：10.31 °C (283.46 K, 50.56 °F)
• 沸点：337 °C (610 K, 639 °F) (同时分解)
• 密度：1.84 g/cm³ (25 °C时)
• 溶解性：与水混溶，并释放大量热
• 酸性：具有很强的酸性

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3. 化学性质

• 酸性：硫酸是一种二元强酸，能与碱发生中和反应，也能与金属氧化物、金属等发生反应。
• 氧化性：浓硫酸具有很强的氧化性，能将许多金属氧化，也能氧化某些非金属。
• 脱水性：浓硫酸具有很强的脱水性，能够从有机物中脱去水分子，使其碳化。 这是一个危险的特性，处理浓硫酸时必须非常小心！
• 吸水性：浓硫酸具有很强的吸水性，暴露在空气中会吸收空气中的水分，导致体积增大。
• 与水混合：硫酸与水混合时会释放大量的热，因此稀释硫酸时，必须将硫酸缓慢倒入水中，并不断搅拌，切勿将水倒入硫酸中！

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4. 生产方法

硫酸的主要生产方法有两种：接触法和硝化法。

• 接触法：是现代工业生产硫酸的主要方法。 其原理是将硫或含硫物质燃烧生成二氧化硫，然后通过催化剂（如五氧化二钒）将二氧化硫氧化成三氧化硫，最后将三氧化硫吸收在硫酸中，生成发烟硫酸，再用水稀释得到不同浓度的硫酸。
• 硝化法：是早期生产硫酸的方法，现在已很少使用。 其原理是将硫与硝酸盐混合加热，利用硝酸分解产生的氧气氧化硫，生成硫酸。

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5. 主要用途

硫酸的应用非常广泛，主要包括：

• 化肥生产：硫酸是生产磷肥、氮肥等化肥的重要原料。
• 化学工业：硫酸是生产各种化学品的重要原料，如染料、塑料、合成洗涤剂、医药等。
• 石油工业：硫酸用于石油炼制，包括烷基化、异构化等工艺。
• 冶金工业：硫酸用于金属的酸洗、电解等工艺。
• 纺织工业：硫酸用于纺织品的染色和整理。
• 污水处理：硫酸用于调节污水的pH值。
• 实验室应用：硫酸在实验室中用作试剂、催化剂等。

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6. 安全注意事项

由于硫酸具有强烈的腐蚀性和危害性，因此在使用和处理硫酸时必须采取严格的安全措施：

• 防护装备：必须佩戴防护眼镜、防护手套、防护服等个人防护装备，防止硫酸接触皮肤和眼睛。
• 通风良好：在通风良好的环境下操作，避免吸入硫酸蒸汽。
• 避免接触：避免硫酸与皮肤、眼睛和衣物接触。
• 正确稀释：稀释硫酸时，必须将硫酸缓慢倒入水中，并不断搅拌，切勿将水倒入硫酸中！
• 泄漏处理：如发生硫酸泄漏，应立即用大量水冲洗，或用中和剂（如碳酸钠）中和。
• 安全储存：硫酸应储存在阴凉、通风、干燥的地方，远离易燃物和氧化剂。

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7. 急救措施

如果不慎接触硫酸，应立即采取以下急救措施：

• 皮肤接触：立即用大量清水冲洗至少15分钟，并脱去被污染的衣物。如果出现红肿、疼痛等症状，应立即就医。
• 眼睛接触：立即用大量清水冲洗至少15分钟，并立即就医。
• 吸入：立即将患者转移到空气新鲜的地方，并保持呼吸道畅通。如果出现呼吸困难，应立即就医。
• 误服：禁止催吐，立即漱口并饮用大量水或牛奶。立即就医。

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8. 储存方法

硫酸的储存需要特别注意，以确保安全：

• 容器选择：使用耐酸容器，通常是玻璃、塑料或不锈钢容器。
• 储存环境：储存在阴凉、通风、干燥的地方，避免阳光直射和高温。
• 隔离储存：与易燃物、氧化剂、金属等隔离储存。
• 容器标识：容器上应有清晰的标识，标明化学品名称和危险警告。
• 泄漏预防：设置防泄漏装置，防止硫酸泄漏。

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9. 浓度换算

硫酸的浓度有多种表示方法，常见的有质量百分比濃度（%）和摩尔浓度（mol/L）。

• 质量百分比濃度：指100克溶液中含有硫酸的质量（克）。 计算公式为：(硫酸質量 / 溶液質量) × 100%。
• 摩尔浓度：指1升溶液中含有硫酸的摩尔数。 计算公式为：硫酸的摩尔数 / 溶液体积（升）。

两种浓度可以相互转换，需要知道硫酸溶液的密度才能转换。

示例：98%的硫酸溶液的密度为1.84 g/mL，其摩尔浓度为：

首先计算1升（1000mL）溶液的质量：1000 mL × 1.84 g/mL = 1840 g

然后计算1升溶液中硫酸的质量：1840 g × 98% = 1803.2 g

最后计算1升溶液中硫酸的摩尔数：1803.2 g / 98.08 g/mol ≈ 18.38 mol

因此，98%的硫酸溶液的摩尔浓度约为18.38 mol/L。

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10. 常见反应

硫酸与其他物质会发生各种化学反应：

• 与金属反应：活泼金属（如锌、铁）可以与稀硫酸反应，生成氢气和金属硫酸盐。
  例如：Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂
• 与碱反应：硫酸与碱（如氢氧化钠）发生中和反应，生成水和硫酸盐。
  例如：H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
• 与金属氧化物反应：硫酸与金属氧化物反应，生成水和硫酸盐。
  例如：CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O
• 与盐反应：硫酸可以与某些盐反应，生成新的酸和新的盐。
  例如：H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl (产生白色沉淀)

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