硫酸的工业制法

硫酸的用途：

硫酸是一种重要的化工原料，用于生产化肥、农药、炸药、染料和盐类，以及有机合成。实验室中还用硫酸制取一些气体，浓硫酸还用作气体干燥剂。

硫酸的工业制法：

工业上一般以硫黄或含硫矿物(如黄铁矿)为原料来制备硫酸。也可以将工业生产中产生废气中的二氧化硫回收，生产硫酸。制备硫酸的工业流程和化学原理如下：

注意：

二氧化硫的催化氧化是可逆反应，未反应的二氧化硫要循环反应。

三氧化硫要用98.3%浓硫酸而不用水吸收，因为三氧化硫与水反应太剧烈，而且反应会放出大量的热，容易产生酸雾，导致吸收不完全。用浓硫酸吸收比较完全不会产生酸雾，再将吸收了三氧化硫的硫酸（发烟硫酸）用水稀释，就可得到不同浓度的产品。

硫酸的性质

纯硫酸是无色粘稠的液体，密度比水大，沸点较高不易挥发。纯硫酸由硫酸分子构成，没有电离，所以不导电。

硫酸分子

实验室中一般使用98.3%的浓硫酸，用水稀释就可得到不同浓度的硫酸。

硫酸是二元强酸，在水溶液中电离出氢离子，有酸的通性（包括稀硫酸和浓硫酸），能使石蕊溶液变红色。

浓硫酸除了有酸性外，还有三种特性：吸水性、脱水性和强氧化性。

吸水性：

浓硫酸能够强烈吸收气体、液体中的水分子及固体中的结晶水，故常用作干燥剂。

浓硫酸是酸性干燥剂，可以干燥酸性气体(如CO2、SO2、Cl2等)、中性气体(如O2、N2、CO等)，但不可干燥碱性气体(如NH3)、某些还原性气体(如HBr、HI、H2S等)。

将蓝色的胆矾晶体放入浓硫酸中，晶体会失去结晶水变白色。

脱水性：

将适量的蔗糖放入烧杯中，加入几滴水，用玻璃棒搅拌均匀，然后再加入适量浓硫酸，迅速搅拌，观察现象。

蔗糖逐渐变黑色，烧杯内壁上有水雾，过一会儿，固体体积膨胀成海绵状，并放出有刺激性气味的气体。

蔗糖的分子式为C12H22O11，变黑色说明生成了单质碳，产生水雾说明反应放热，蔗糖中的H、O以水的比例2:1脱出，生成了水，说明浓硫酸有较强的脱水性。

固体的体积膨胀，呈海绵状，说明有大量气体产生，从物质的组成看，刺激性气味的气体可能是SO2，说明炭和浓硫酸发生了反应，浓硫酸表现出强氧化性。

浓硫酸对有机物有很强的脱水性，并伴随放热，这是浓硫酸对有机物有强烈腐蚀性的主要原因。所以在使用浓硫酸的时候要注意，不能接触皮肤、衣服。如果浓硫酸沾到皮肤或衣服上，立即用大量的水冲洗，再涂上稀的碳酸氢钠溶液除去残留的酸。

强氧化性：

碳被氧化成+4价，说明浓硫酸有强氧化性，还原产物是二氧化硫，+6价S被还原成+4价。其它的一些非金属单质，如硫、磷等也可被浓硫酸氧化。

浓硫酸还能氧化大多数金属单质。活泼金属单质与稀硫酸反应，可以置换出氢气，但铜不能反应，与浓硫酸能不能反应?

实验：铜与浓硫酸的反应

实验操作：把一根铜丝一端绕成螺旋状（增大接触面积），将橡胶塞侧面挖一个凹槽，把铜丝嵌入凹槽，连接好装置。

将铜丝伸入到浓硫酸中，加热，将产生的气体通入到品红溶液中，在试管口放一团浸有NaOH溶液的棉花（吸收多余的二氧化硫，防止污染环境），观察现象。

再将铜丝往外拉出溶液，停止加热。等装置冷却后，将试管中的溶液慢慢注入到一个盛水的试管（或烧杯）中，观察颜色的变化。

实验现象：试管中铜丝表面变黑，有气泡生成；试管底部有白色固体（带点灰色）；品红溶液逐渐变为无色；试管里的溶液倒入水中稀释后，溶液呈蓝色。

实验结论：在加热条件下，Cu与能浓硫酸反应，生成了硫酸铜和二氧化硫气体。

分析反应化合价的变化，硫酸中+6价S被还原成+4，表现出强氧化性，浓硫酸作氧化剂，Cu由0价升高为+2，作还原剂。同时，硫酸还与铜离子生成硫酸铜，作酸表现出酸性。

思考：

（1）铜丝表面出现的黑色固体可能是什么物质。

浓硫酸有强氧化性，结合物质的组成看，可能是氧化铜、硫化铜、硫化亚铜等，可用实验进一步证明。

（2）如果将足量的铜与含有2mol H2SO4的浓硫酸在加热条件下反应能否得到1 mol二氧化硫。

随着反应进行，硫酸浓度会降低，变成稀硫酸后，与铜不反应，反应停止。所以硫酸不会完全反应，得不到1mol二氧化硫。（在学习中，要学会动态的思考问题）

（3）将上面的金属Cu换成Zn、Fe、Al等金属，反应的情况会怎样。

如果把铜片换为锌片，常温下就可反应，会得到SO2和H2的混合气体。因为浓硫酸和锌反应生成SO2，随反应进行浓硫酸变成稀，锌和稀硫酸反应生成H2。

从上面的分析还可看出，浓硫酸的氧化性是+6价S表现出来的，所以有强氧化性，稀硫酸的氧化性是+1价H表现出来的，所以氧化性弱，生成的产物也不一样。

Fe、Al在常温下与浓硫酸也能发生氧化还原反应，但它会将表面的金属氧化成致密的氧化膜，隔离了金属与酸，反应会停止。所以将Fe、Al在常温下与浓硫酸反应无明显现象。把金属表面被氧化成致密氧化膜的过程叫钝化，工业上可用铁或铝制容器盛装浓硫酸。

但如果加热或稀释，则钝化作用会消失，金属可以完全反应，以Fe为例。

常见的硫酸盐

(1)硫酸钙：自然界中的硫酸钙常含结晶水，俗名石膏，加热可失去大部分结晶水，得到熟石膏。

熟石膏再与水混合成糊状物，又会凝固成为石膏，这种性质用于制作模型和医用石膏绷带。工业上还可调节水泥的硬化速率。

(2)硫酸铜：白色粉末，结合水变成蓝色晶体，俗名胆矾、蓝矾。

在实验中可用于检验水，如检验酒精中是否含水。胆矾与石灰乳混合可配制一种常见的农药——波尔多液。

(3)硫酸钡：自然界中的硫酸钡以重晶石的形式存在，可用于生产其它的钡盐。硫酸钡不溶于水和酸，且不易被X射线透过，因此医疗上用作消化系统X射线检查的内服药剂，俗称“钡餐”。

要注意，可溶性BaCl2、Ba(OH)2等化合物以及BaCO3有毒！所以不能用BaCO3作“钡餐”，它可溶于胃酸。