硫酸

硫酸，分子式為H₂SO₄，是一种无色粘稠高密度的强腐蚀性液体。是一种重要的化工原料，也是一种常见的化学试剂。

历史

硫酸发现于公元8世纪。阿拉伯炼丹家贾比尔通过乾餾硫酸亚铁晶体得到硫酸。

在古代中国，稀硫酸被称为绿矾油。

自然界的存在

硫酸常在火山周围的积水中被检出。大气污染产生的酸雨中也常含硫酸，主要產生過程是燃燒煤炭、石油等含硫物質產生二氧化硫，再於空氣中被氧化並溶於水中。在生物界，有一种海蛞蝓（Notaspidean pleurobranchs）也能喷射含硫酸的分泌物来御敌。

用途

硫酸是工業上一種重要的化學品，它用途十分廣泛，如製造肥料、非鹼性清潔劑、护肤品、以及油漆添加劑与炸药。

物理性質

純硫酸是無色、粘稠的油狀液體，並不易揮發。

製備

历史上曾先后用铅室法和接触法制备硫酸。

採用接觸法可大量製造廉價的硫酸。 製備二氧化硫的原料包括：硫和硫礦石，例如硫磺。在空氣中燃燒硫磺可以產生二氧化硫氣體。

S_(s) + O_2(g) → SO_2(g); ΔH = -298~kJ/mol

二氧化硫和空氣會先經過淨化，除去雜質，以免對下一過程採用的催化劑造成影響。

在常壓和攝氏450度下，把二氧化硫和空氣通過催化劑，製得三氧化硫。加上五氧化二釩（V₂O₅）作催化劑，就可產生三氧化硫。

2 SO_2(g) + O_2(g) ↔ 2 SO_3(g); ΔH = -196~kJ/mol

二氧化硫和氧的反應是一個可逆反應。

在吸收塔內，三氧化硫會溶於98%的硫酸中，形成發煙硫酸。

SO_3(g) + H₂SO_4(l) → H₂S₂O_7(l)

發煙硫酸經適量的水稀釋後，便形成98%的硫酸，所製得的硫酸會被冷卻及儲存。

H₂S₂O_7(l) + H₂O_(l) → 2 H₂SO_4(l)

三氧化硫與水的反應非常劇烈，如果直接溶於水中，就會釋出大量熱能，並形成硫酸霧，阻礙溶解過程，而且難以收集。此外，三氧化硫在硫酸中的溶解度比水高，因此硫酸製造廠不會把三氧化硫直接溶於水。

SO_3(g) + H₂O_(l) → H₂SO_4(aq); ΔH = -132~kJ/mol

在反應過程中，五氧化二釩擔當了一個中間物的角色：

V₂O_5(s) + SO_2(g) → 2 VO_2(s) + SO_3(g)

4 VO_2(s) + O_2(g) → 2 V₂O_5(s)

2 SO_2(g) + O_2(g) ↔ 2 SO_3(g)

濃硫酸的性質与稀释

浓硫酸是黏稠油状液体，具有吸水性，强氧化性以及脱水性。

脱水性

脱水性是指硫酸能將碳水化合物中的水份脫去（严格地说是把有机物中的氢、氧元素按水的组成比例1比2脱去），留下黑色的碳。例如將濃硫酸滴在方糖上，白色的糖逐漸轉成黑色，並釋出白色的氣體(水蒸汽蒸发至空气中后冷凝成的水珠)。

C₆H₁₂O₆ → 6 C + 6 H₂O

稀释硫酸

硫酸溶于水放出大量热，可使水沸腾，因此稀释硫酸时应将浓硫酸沿杯壁缓慢倒入水中，同时不断搅拌，切不可将水倒入硫酸中，这样会导致水因为密度小于浓硫酸浮在浓硫酸上，并且沸腾使得浓硫酸溅出伤人。

濃硫酸的氧化性質

稀硫酸具有酸的一般性質，能與鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鎳（Ni）、鋁（Al）、鎂（Mg）等活潑金屬反應，釋出氫氣（H₂），但只有濃硫酸會與銅（Cu）產生反應。

濃硫酸是強氧化劑，在反應過程中，它被還原為二氧化硫（SO₂），硫的氧化數由+6降至+4。

氧化金屬

熱的濃硫酸可以氧化大部分金屬。例如，它可與鋅和銅反應，生成二氧化硫氣體。

銅的氧化作用 半反應式：

Cu → Cu²⁺ + 2e⁻

濃硫酸的還原作用 半反應式：

SO₄²⁻ + 2e⁻ + 4H⁺ → SO₂ + 2 H₂O

2 SO₄²⁻ + 2e⁻ + 4H⁺ → SO₄²⁻ + SO₂ + 2 H₂O

2 H₂SO₄ + 2e⁻ → SO₄²⁻ + SO₂ + 2 H₂O

把上述兩個半反應式合併，便得到濃硫酸與銅的氧化還原反應的平衡方程式：

Cu + 2 H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O

氧化非金屬

熱的濃硫酸可以氧化非金屬，例如碳和硫。

C + 2 H₂SO₄ → CO₂ + 2 SO₂ + 2 H₂O

S + 2 H₂SO₄ → 3 SO₂ + 2 H₂O

在上述反應，碳和硫的氧化數由0升至+4。

补充：上述的反应必须是在加热的条件下，由于一般浓硫酸是不与非金属物质反应的。

反应

跟活泼金属的反应

稀硫酸可与活泼金属反应生成相应的硫酸盐和氢气。

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

跟金屬氧化物反应

硫酸可与金屬氧化物反应生成相应的硫酸盐和水。

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

Fe₂O₃ + 3 H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

跟某些盐反应

硫酸可与可溶性钡盐反应生成硫酸钡沉淀和相应的酸，可与碳酸盐反应生成相应的硫酸盐、水和二氧化碳。

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

检验

中学范围内，能使石蕊變紅的，即表示該物質帶有酸性的，證明其有H⁺；加BaCl₂溶液生成白色沉淀，再加稀硝酸，沉淀不消失，证明其有SO₄²⁻证明是硫酸。

酸雨

主条目：酸雨

由於燃燒硫磺所產生的二氧化硫會跟水混合產生硫酸及亞硫酸，現時先進國家都嚴格限制汽油內的硫化物含量，以免汽車運作時，所排出的廢氣跟雨水混合，成為了酸雨。酸雨可以嚴重侵蝕建築物，威胁居民的安全。

參見

• 亞硫酸
• 过一硫酸