硫酸的发现历史
硫酸发现于公元8世纪。阿拉伯炼丹家贾比尔通过干馏硫酸亚铁晶体得到硫酸。一些早期对化学有研究的人,如拉齐、贾比尔等,还写了有关硫酸及与其相关的矿物质的分类名单;其他一些人,如伊本·西那医师,则较为重视硫酸的种类以及它们在医学上的价值。
在17世纪,德国化学家Johann Rudolf Glauber将硫与硝酸钾混合蒸汽加热制出硫酸,在这过程中,硝酸钾分解并氧化硫令其成为能与水混合并变为硫酸的三氧化硫(SO3)。于是,在1736年,伦敦药剂师Joshua Ward用此方法开拓大规模的硫酸生产。
在1746年,John Roebuck则运用这个原则,开创铅室法,以更低成本有效地大量生产硫酸。经过多番的改良后,这个方法在工业上已被采用了将近两个世纪。
在18世纪初,硫酸的生产都依赖以下的方法:黄铁矿(FeS2)被燃烧成硫酸亚铁(FeSO4),然后再被燃烧,变为能在480℃下分解成氧化铁以及能用以制造任何浓度硫酸的三氧化硫的硫酸铁[Fe2(SO4)3]。可惜,此过程的庞大成本阻碍了浓硫酸的广泛运用。由约翰·道尔顿在1808年绘制的早期硫酸分子图显示了硫酸有一个位于中心的硫原子并与三个氧原子建立共价键。
后来,到了1831年,英国制醋商人Peregrine Phillips想到了接触法,能以更低成本制造出三氧化硫以及硫酸,这种方法在现今已被广泛运用。
在古代中国,稀硫酸被称为'绿矾油'。 在公元650~683年(唐高宗时),炼丹家孤刚子在其所著《黄帝九鼎神丹经诀》卷九中就记载着'炼石胆取精华法',即干馏石胆(胆矾)而获得硫酸。
制取提纯
制取二氧化硫
燃烧硫或高温处理黄铁矿,制取二氧化硫(国内黄铁矿较多,所以常用黄铁矿)
S+O2═点燃═SO2
4FeS2+11O2═高温═8SO2+2Fe2O3
接触氧化为三氧化硫
2SO2+O2═2SO3(用五氧化二钒做催化剂且该反应为可逆反应)
用98.3%硫酸吸收
xSO3+H2SO4═H2SO4 · x SO3(硫酸分子结合若干个三氧化硫分子,形成发烟硫酸)
SO3+H2SO4═H2S2O7(焦硫酸)
加水
H2SO4·x SO3+xH2O═(x+1)H2SO4
H2S2O7+H2O═2H2SO4
提纯工艺
可将工业浓硫酸进行蒸馏,便可得到浓度95%-98%的商品浓硫酸.
其他方法
磷酸反应后,利用磷石膏,工业循环利用,使用二水法制硫酸。
较为经典的制法还有利用草酸和硫酸亚铁反应
FeSO4+H2C2O4=H2SO4+FeC2O4↓
家庭制法
在氧气中燃烧硫得到二氧化硫,再将其通入双氧水制得硫酸。或将二氧化硫通入水中慢慢氧化成硫酸。
化学性质
腐蚀性
纯硫酸加热至290℃分解放出部分三氧化硫,直至酸的浓度降到98.3%为止,这时硫酸为恒沸溶液,沸点为338°C。无水硫酸体现酸性是给出质子的能力,纯硫酸仍然具有很强的酸性,98%硫酸与纯硫酸的酸性基本上没有差别,而溶解三氧化硫的发烟硫酸是一种超酸体系,酸性强于纯硫酸,但是广泛存在一种误区,即稀硫酸的酸性强于浓硫酸,这种想法是错误的。的确,稀硫酸第一步电离完全,产生大量的水合氢离子H3O;但是浓硫酸和水一样,自身自偶电离会产生一部分硫酸合氢离子H3SO4,正是这一部分硫酸合质子,导致纯硫酸具有非常强的酸性,虽然少,但是酸性却要比水合质子强得多,所以纯硫酸的哈米特酸度函数高达-12.0。
在硫酸溶剂体系中,H3SO4经常起酸的作用,能质子化很多物质产生离子型化合物:
NaCl+ H2SO4==NaHSO4+HCl(不加热都能很快反应)
KNO3+ H2SO4→K+HSO4+HNO3
HNO3+ H2SO4→NO2+H3O+2HSO4
CH3COOH+ H2SO4→CH3C(OH)2+HSO4
HSO3F+ H2SO4→H3SO4+SO3F(氟磺酸酸性更强)
上述与HNO3的反应所产生的NO2,有助于芳香烃的硝化反应。
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