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硫酸在中学化学中的应用

硫酸在中学化学中的应用

硫酸(H2SO4)是硫的最重要的含氧酸。纯硫酸为无色粘稠状液体，质量分数98.3%的纯浓硫酸，密度为1.84g/cm³，沸点338℃，熔点10.35℃，有强腐蚀性，有刺激性气味，能与水以任意比例互溶，生成稀硫酸。同时放出大量的热，使水沸腾。

硫酸是一种反应性极强的二元无机强酸，能和许多金属发生反应。高浓度的硫酸有强烈的吸水性，可用作脱水剂，碳化木材、纸张、棉麻织物及生物皮肉等含碳水化合物的物质。是一种重要的工业原料，可用于制造肥料、药物、炸药、颜料、洗涤剂、蓄电池等，也广泛应用于净化石油、金属冶炼以及染料等工业中。

在中学化学中有广泛的应用，常用作化学试剂，是制取气体、某些酸或某些盐的重要试剂，某些有机反应的催化剂，实验室常用的干燥剂、酸化剂、强氧化剂等。为帮助同学们系统地了解硫酸的这些知识，本文特将它们归纳整理如下：

硫酸在中学化学中的应用

一、制取气体

1．制H2

利用硫酸的酸性或H+离子的氧化性：

Zn＋H2SO4(稀)=ZnSO4＋H2↑

Fe＋H2SO4(稀)=FeSO4＋H2↑

2．制SO2

① 利用硫酸的酸性：

Na2SO3＋H2SO4(中等浓度)=Na2SO4＋SO2↑＋H2O

② 利用硫酸的强氧化性和酸性：

Cu＋2H2SO4(浓)=(△)CuSO4＋SO2↑＋2H2O

3．制H2S

利用硫酸的强酸性：

FeS+H2SO4(稀)=FeSO4＋H2S↑

4．制HCl

① 利用硫酸的难挥发性：

NaCl(固)＋H2SO4(浓)=(微热)NaHSO4＋HCl↑

NaHSO4＋NaCl(固)=(强热)Na2SO4＋HCl↑

② 利用浓硫酸的吸水性：

利用浓盐酸与浓硫酸也可以制氯化氢气体。

5．制HF

利用硫酸的强酸性和难挥发性或高沸点酸：

CaF2+H2SO4(浓)=(△)CaSO4＋2HF↑

6．制C2H4

利用硫酸的催化剂作用和脱水性：

CH3CH2OH=(浓H2SO4170℃)

CH2＝CH2↑＋H2O

7．制CO

利用硫酸的脱水性：

HCOOH=(浓H2SO4△)CO↑＋H2O

硫酸在中学化学中的应用

二、制取某些酸或某些盐

1．制H3PO4

利用硫酸的强酸性：

Ca3(PO4)2＋3H2SO4(浓)=(△)2H3PO4＋3CaSO4

2．制HNO3

利用硫酸的难挥发性或高沸点酸：

NaNO3(固)＋H2SO4(浓)=(微热)NaHSO4

＋HNO3↑

KNO3+H2SO4→KHSO4+HNO3

3．制磷肥

利用硫酸的强酸性：

Ca3(PO4)2＋2H2SO4(浓)=(△)

Ca(H2PO4)2＋2CaSO4

Ca3(PO4)2＋3H2SO4(浓)=(△)

2Ca(H2PO4)2＋3CaSO4

4．制氮肥

利用硫酸的强酸性：

2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4

5 制各种硫酸盐

主要利用硫酸的酸性：生产绿矾、胆矾、硫酸铝、硫酸锌、硫酸镁等产品。

Fe+H2SO4=FeSO4

FeSO4＋7H2O=FeSO4•7H2O

CuO+H2SO4=CuSO4＋H2O

CuSO4＋5H2O=CuSO4•5H2O

硫酸在中学化学中的应用

三、制取某些有机物

1．制硝基苯

浓硫酸的催化剂和脱水剂的作用：

C6H6(苯)＋HNO3(浓)→(浓H2SO4△)

C6H5-NO2(硝基甲苯)＋H2O

2．制TNT

浓硫酸起催化剂和脱水剂作用：

C6H5-CH3(甲苯)＋3HNO3→

(浓H2SO4△)C6H2-CH3(NO2)3

(三硝基甲苯)＋3H2O

3．制苯磺酸

浓硫酸作磺化剂：

C6H6＋H2SO4(浓)→C6H5-SO3H＋H2O

4．制乙酸乙酯

浓硫酸起催化剂和吸水剂作用 ：

CH3COOH＋CH3CH2OH→

(浓H2SO4△)CH3COOCH2CH3＋H2O

5．制葡萄糖

① 浓硫酸起催化剂和溶剂作用：

(C6H10O5)n(纤维素)＋nH2O→

(浓H2SO4△)nC6H12O6(葡萄糖)

② 稀硫酸作催化剂：

(C6H10O5)n(淀粉)＋nH2O→

(稀H2SO4△)nC6H12O6(葡萄糖)

6．制硝酸纤维

浓硫酸起催化剂和脱水剂作用：

[C6H7O2(OH)3]n＋3nHNO3→

(浓H2SO4△)[C6H7O2(ONO2)3]n＋3nH2O

7．酯水解(稀硫酸作催化剂)：

CH3COOCH2CH3＋H2O→(稀H2SO4△)

CH3COOH＋C2H5OH

⒏ 油脂水解

稀硫酸作催化剂：

油脂+H2O→(稀H2SO4△)甘油+高级脂肪酸

⒐ 糖类水解

稀硫酸作催化剂：

C12H22O11(蔗糖)＋H2O→(稀H2SO4△

)C6H12O6(果糖)＋C6H12O6(葡萄糖)

C12H22O11(麦芽糖)＋H2O→

(稀H2SO4△)2C6H12O6(葡萄糖)

10．乙烯水化

稀硫酸作催化剂：

CH2=CH2+H2O→(稀H2SO4△)C2H5OH

硫酸在中学化学中的应用

四、在其他方面的应用

1．稀硫酸作酸化剂：

KMnO4溶液中加入一定量稀H2SO4酸化，增强其氧化性。

2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5Fe2(SO4)3+8H2O

2．稀硫酸作检验剂：

稀硫酸是直接检验溶液中的Ba2+的试剂，生成BaSO4白色沉淀，不要再加酸。

SO42-＋Ba2+=BaSO4↓

3．稀硫酸作除杂剂：

根据浓硫酸可以与不饱和烯烃、醇、醚等反应，生成能溶于酸层而便于分离和水洗的物质的特性，常用浓硫酸作除杂剂，除去有机物中少量烯烃、醇等杂质。如正已烷中含有少量已烯或乙醇时，可以用硫酸洗涤除去。

4．稀硫酸作除锈剂：

利用稀硫酸的酸性，可除去铁制品表面上的铁锈。

3H2SO4(稀)+Fe2O3·nH2O=

Fe2(SO4)3+(3+n)H2O

5．稀硫酸的导电作用：

在电解水时常加入稀硫酸是增强溶液的导电性。

6．浓硫酸作干燥剂：

利用浓硫酸的吸水性，吸收游离态水，常用于干燥中性气体和酸性气体。如H2、CO、NO、CH4、CO2、SO2、Cl2、HCl等。但不能干燥碱性气体NH3和常温下具有还原性的气体HBr、HI、H2S。

7．浓硫酸作强氧化剂：

浓硫酸是氧化性酸，可以氧化大多数金属(除Au和Pt外)和其它还原性物质，浓硫酸一般还原为SO2。如：

(1)与金属反应

① 常温下浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。

② 加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应，生成高价金属硫酸盐，本身一般被还原成二氧化硫。

Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑+

2H2O

2Fe+6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O

在上述反应中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。

Fe和Al在H2SO4(冷、浓)或浓硝酸中钝化。加热时发生氧化还原反应：

2Fe＋6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O

2Al＋6H2SO4(浓)=Al2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O

(2)与非金属反应

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，本身被还原为二氧化硫。在这类反应中，浓硫酸只表现出氧化性。

C+2H2SO4(浓)=CO2↑+2SO2↑+2H2O

S+H2SO4(浓)=3SO2↑+2H2O

2P+5H2SO4(浓)=2H3PO4+5SO2↑

+2H2O

(3)与其他还原性物质反应

浓硫酸具有强氧化性，实验室制取硫化氢、溴化氢、碘化氢等还原性气体不能选用浓硫酸。

H2SO4(浓)+H2S=SO2↑+S↓+2H2O

H2SO4(浓)+2HBr=SO2↑+Br2+2H2O

2HI+H2SO4(浓)=I2↓+SO2↑+2H2O

2H2SO4(浓)+2FeSO4=Fe2(SO4)3+SO2↑+2H2O

8．浓硫酸的吸水作用：

① 浓硫酸能以任意比与水混溶。浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅。”

② 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，这是因为浓硫酸具有吸水性。

H2SO4+nH2O=H2SO4·nH2O

③ 浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水(如空气中的水)，而且还能吸收某些结晶水合物(如CuSO4·5H2O；Na2CO3·10H2O)中的水。

9．浓硫酸的脱水性：

脱水指浓硫酸脱去非游离态水分子或按照水的氢氧原子组成比脱去有机物中氢氧元素的过程。物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化，反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原数的比(2:1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子或脱去非游离态的结晶水，如五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)。可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，这种过程称作炭化。

一个典型的炭化现象是蔗糖的黑面包反应。在200mL烧杯中放入20g蔗糖，加入几滴水，水加适量，搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸，迅速搅拌。观察实验现象。可以看到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的炭，反应放热，还能闻到刺激性气体。

C12H22O11=(H2SO4浓)12C+11H2O

同时进行碳与浓硫酸反应:

C+2H2SO4(浓)=CO2↑+2SO2↑+2H2O

10．浓硫酸作吸收剂：工业上接触法制取硫酸，为了防止形成酸雾，用98.3%的浓硫酸吸收SO3。

硫酸在中学化学中的应用

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