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硫酸是一種重要的工業(yè)原料，廣泛應用于化工、輕工、合成纖維、制藥等工業(yè)部門。它具有高沸點、高濃度的特點，因此在某些高溫、高壓的反應中，可作為脫水劑或催化劑。此外，硫酸還具有強氧化性，可用于漂白、防腐、殺菌等。 硫酸是一種腐蝕性很強的酸，對皮膚、眼睛等有強烈的刺激和腐蝕作用，使用時需要特別注意安全。同時，硫酸的廢液處理也是一個重要的問題，需要采取合理的方法進行環(huán)保處理。 總之，硫酸是一種重要的工業(yè)原料，具有多種用途和特性，但也需要注意安全和環(huán)保問題。硫酸
二元無機強酸
硫酸（Sulfuric acid）是一種二元無機強酸，又名硫酸油。是一種由硫、氧和氫元素組成的礦物酸，化學式為H?SO?。它是一種無色的油狀液體，在任何濃度下都能與水互溶。純硫酸密度很大，為1.8305g/cm3。純硫酸沸點高達337℃，在25°C時蒸氣壓為0.001mmHg，屬于難揮發(fā)性酸。濃硫酸還具有吸水性，可用作干燥劑；具有強氧化性和腐蝕性，是一種強氧化性酸；此外，還具有脫水性，可以按比例脫去材料中的水導致碳化。硫酸是一種非常重要的化工產品，通常采用的生產方法有接觸法、濕法制硫酸等，一個國家的硫酸產量是衡量其工業(yè)實力的重要標準。硫酸廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)和軍事等行業(yè)，如化肥生產、礦物加工、石油煉制、電池材料、炸藥制造、廢水處理和化學合成等，被譽為“化學工業(yè)之母”地位。
基本信息![]()
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英文名
Sulfuric acid
CAS編號
7664-93-9
性質
化學式
H?SO?
結構式
摩爾質量
98.08g·mol?1
外觀
無色液體
氣味
無味
密度
1.8305g/cm3
熔點
10oC（278.65K）
沸點
337oC（760mmHg）
溶解性
和水任意比互溶
pKa
pKa=1.92（25oC）
pH
一般為0-1
危險性
警示術語
R35
NFPA 704
NFPA健康等級:3（在緊急情況下可能造成嚴重或永久性傷害的材料）
NFPA防火等級:0（在典型火災條件下不會燃燒的材料，包括本質上不可燃的材料，如混凝土、石頭和沙子）
NFPA不穩(wěn)定性等級:2（在高溫和高壓下容易發(fā)生劇烈化學變化的材料）
發(fā)現(xiàn)歷史
關于硫酸的起源和性質最早的討論出現(xiàn)在希臘醫(yī)生迪奧斯科里德斯(公元1世紀)的著作中。8世紀，阿拉伯煉丹家阿布·穆薩·賈比爾·伊本·哈揚（Abu Mūsā Jābir ibn Hayyān）干餾綠礬時得到硫酸，將其稱之為“礬精”。硫酸被中世紀歐洲煉金術士稱為“硫酸油”，因為它是通過在鐵釜中焙燒綠礬而制備的。
在17世紀，化學家約翰·格勞伯（Johann Glauber）和約書亞·沃德（Joshua Ward）將硫和硝酸鉀一起燃燒，并將產生的二氧化硫和氮氧化物與氧、水反應生成硫酸，這是硝化法制備硫酸的前身。
1746年，英國人J?羅巴克（Roebuck）建立了一座1.83米的鉛室用來生產硫酸，這是世界上第一個使用鉛室法生產硫酸的工廠。生產流程是使300～500℃的含二氧化硫的混合氣體進入脫硝塔，并除其中的氮氧化物。塔頂引出的二氧化硫依次通過若干個鉛室，最終被充分氧化而成硫酸。后來，法國化學家約瑟夫·路易斯（Joseph Louis ）和英國化學家約翰·格洛弗（ John Glover ）對鉛室工藝進行了改進，將硫酸的濃度提高到78%。鉛室法作為生產硫酸的最主要方法，一直使用到1900年。
1831年，英國醋商佩格林·菲利普斯（Peregrine Phillips）提出了接觸法制硫酸并申請了專利。接觸法制硫酸是在熱鉑的催化下，二氧化硫被氧化為三氧化硫，之后用水吸收，制成硫酸。這是一種高效、經濟生產三氧化二硫和濃硫酸的工藝，被廣泛使用。
分布情況
地球
純硫酸在地球上不是天然存在的,因為其具有很強的吸水性。地殼中含硫的礦物質可被氧化生成硫酸。稀硫酸主要來自于酸雨,含硫礦物燃燒后生成的二氧化硫(SO?)排放到大氣中,可以和大氣里水反應,生成亞硫酸(H?SO?),亞硫酸又被大氣中的氧氣氧化生成硫酸,最終隨雨水落到地面形成酸雨。酸雨對生態(tài)環(huán)境危害頗多,如引起酸性土壤的形成、腐蝕建筑物、森林植被破壞等。
其他星球
金星
在金星的上層大氣中存在厚厚的硫酸云層，在高溫下，硫酸會分解為三氧化硫以及水，隨后三氧化硫會繼續(xù)分解為二氧化硫及原子氧。這些物質從大氣中層升高到上層后在光催化下會重新反應生成硫酸，該反應不斷的循環(huán)發(fā)生。
木星
理化性質
物理性質
純硫酸是一種無色、透明的油狀液體，密度1.8305g/cm3。純硫酸在25°C時蒸氣壓為0.001mmHg，在145.8°C時蒸氣壓為1mmHg，沸點337℃，是一種難揮發(fā)的酸。濃硫酸具有吸水性，可用作氣體干燥劑，但需注意不能干燥堿性氣體（如氨氣等）和具有還原性的氣體（如硫化氫等）。因為硫酸分子間以及硫酸分子與水分子形成氫鍵，其能與水以任意比例互溶，且溶于水會釋放出大量的熱。
為了方便運輸和使用，純硫酸一般被制成98%的市售硫酸，日常生活和工業(yè)中常見的硫酸一般有以下幾種濃度：
稀硫酸 | 鉛酸蓄電池酸 | 室酸、肥料酸 | 濃硫酸 | |
濃度（質量分數(shù)） | 10% | 29%-32% | 62%-70% | 98% |
化學性質
稀硫酸
稀硫酸是強酸，它具有酸的化學性質：
- 硫酸是二元強酸，能與大部分金屬反應。加水稀釋的硫酸在第一步中，硫酸分子電離程度較大，K?=1x103。第二步是部分解離，其解離常數(shù)
- 與多數(shù)金屬（活潑性在銅前面的）及金屬氧化物反應，生成相應的硫酸鹽和水。
如
如
- 和堿反應，生成相應的硫酸鹽和水。
如
- 和金屬活動性順序表中排列在氫前面的金屬在一定條件下反應，生成相應的硫酸鹽和氫氣。
如
濃硫酸
脫水性
濃硫酸具有脫水性，可以將物質中的H、O元素以個數(shù)比2:1的比例脫去，生成黑色的炭，該過程是化學變化的過程。可被濃硫酸脫水的物質一般為含氫、氧元素的有機物，如蔗糖、木屑、紙屑和棉花等。下圖是蔗糖碳化的原理：
磺化反應
在有機物的磺化反應中，苯與加熱的濃硫酸進行磺化反應生成苯磺酸，即在苯環(huán)上引入苯磺酸。反應歷程如下
強氧化性
濃硫酸具有很強的強氧化性，因為硫酸分子中有2個O原子與H原子鍵合，由于O的電負性強于H，O-H鍵之間的電子對偏向于O原子，導致H原子幾乎是一個裸露的質子，具有很強的正電性，會吸引與其鍵合的O原子與S原子之間的共用電子對，使O-S鍵易斷裂，大大削弱了硫酸的穩(wěn)定性。
硫酸的強氧化性由以下幾個反應體現(xiàn)，硫酸容易得電子，發(fā)生氧化還原反應。反應方程式如下：
與金屬反應
常溫下，冷的濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化，在金屬表面形成致密的氧化膜。反應過程如下：
反應初期，鐵表面與濃硫酸接觸發(fā)生反應：
隨著反應的發(fā)生伴隨著S單質生成：
Al單質在與濃硫酸鈍化過程初期生成氫氣：
隨著反應進行發(fā)生：
加熱時，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應，產物為高價金屬硫酸鹽和二氧化硫。
在上述反應中，硫酸表現(xiàn)出了強氧化性和酸性，加熱時氧化性更強。
與非金屬反應
熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質氧化，其產物為高價態(tài)的氧化物或含氧酸和二氧化硫。
濃硫酸與碳的反應方程式如下：
與其他還原性物質反應
濃硫酸具有強氧化性，實驗室制取硫化氫、氨氣等還原性氣體不能選用濃硫酸，只能采取稀硫酸。
發(fā)煙硫酸
“發(fā)煙硫酸”是指三氧化硫的硫酸溶液。將濃硫酸沿器壁緩緩倒入水中并不斷攪拌，會放出大量的熱，若繼續(xù)通入三氧化硫，則會形成
制備工藝
硫鐵礦制酸
硫鐵礦制酸的原料是硫鐵礦，過程包括硫鐵礦貯運、焙燒、凈化、干燥吸收和轉化。硫鐵礦在經過沸騰焙燒后，得到的二氧化硫氣體作為爐氣排出，經過凈化工序后，將為二氧化硫氧化為三氧化硫，用水吸收三氧化硫，經吸收塔吸收三氧化硫氣體得到98%硫酸或發(fā)煙硫酸。該方法的優(yōu)點在于生產工藝成熟，生產原料簡單易得。但缺點較多，首先從環(huán)境污染層面來說，硫鐵礦制備硫酸產生了大量的有毒氣體，對環(huán)境污染大；處理三廢方面，硫鐵礦制酸會排放大量的污水，流程中還會產生大量的有毒粉塵及礦渣，對污水處理要求高，嚴重影響著周圍環(huán)境；其次從工作環(huán)境上來說，該方法大多操作環(huán)境惡劣、操作強度高，工作量大。最后，由于處理了大量的廢水廢氣，該方法的能耗較高，附加成本高，環(huán)保費用無法承受。
硫磺制酸
研究者們已經探索出了一套以固體硫磺為基礎材料的硫酸制備方法，制取工藝流程包括熔硫、過濾、焚硫轉化、干燥吸收等。大部分硫磺制酸企業(yè)是由硫鐵礦制酸改造來的，干燥用9.3%酸、吸收用98%酸，但由于干燥的是空氣，干燥酸最好用98%酸。該方法的優(yōu)點在于硫磺作原料成本低，對環(huán)境的污染少。
冶煉煙氣制酸
冶煉煙氣制酸的原料主要是金屬硫化礦物冶煉時產生的二氧化硫煙氣，是對冶煉廠的副產品的轉化利用。其主要流程包括煙氣凈化、干燥吸收和轉化等。冶煉煙氣時需要的濕度較大，這十分影響干燥吸收工段的直接效果，可能會直接影響產品質量。冶煉煙氣制酸的工藝研究重點在于提高冶煉煙氣中SO?的含量，尋求更有利的制酸方案，提升制備硫酸的效率和產量。可選用富氧吹煉技術，以提高煙氣含SO?量。
磷石膏制酸
石膏、磷石膏是制硫酸的重要原料，工藝主要步驟如下:
- 配置生料
將原料——磷石膏、焦炭和黏土三種原料等混合；
- 高溫分解
對生料進行高溫分解，使其將原料中含有的硫經過氧化反應后生成二氧化硫并吸收；
- 制備硫酸
將生成的SO?窯氣經除雜、烘干、反應、吸收這四個工序制成硫酸。該工藝已具備了工業(yè)生產能力，但由于生產成本較高，并未在工業(yè)上大范圍應用。
應用領域
硫酸是一種非常重要的化工商品，一個國家的硫酸產量是其工業(yè)實力的一個很好的指標，被譽為“化學工業(yè)之母”，在國民生產中占有舉足輕重的地位。2004年世界產量約為1.8億噸，地理分布如下：亞洲35%，北美州24%，非洲11%，歐洲10%，大洋洲7%，南美洲7%。其中大部分（約60%）用于化肥生產，特別是過磷酸銨、磷酸銨和硫酸銨。其在化工工業(yè)清潔劑、合成樹脂、染料、藥品、石油催化劑、殺蟲劑、炸藥、潤滑劑、電解液和粘膠紡織品等生產中也廣泛應用。此外，在環(huán)境污染治理方面，利用硫酸的強酸性，可以處理工廠中堿性廢水，中和處理后再排放可降低其對環(huán)境的危害。
電解質
硫酸也被用作鉛酸電池或鉛酸蓄電池的電解液，電池充電時，正極板上會形成氧化鉛（PbO?）使得電解質變得更稠密，然后在放電時幾乎完全變成水，電極反應如下：
陽極：
陰極：
總反應：
清潔劑
硫酸可以使有機物磺化，在工業(yè)生產中可以直接用于洗滌劑的生產。硫酸中加入過氧化氫（H?O? ）可生成食人魚溶液（Piranha），這是一種強力但劇毒的清洗液，可用于清洗基材表面。食人魚通常用于微電子工業(yè)，也用于實驗室環(huán)境中清潔玻璃器皿。
冶金工業(yè)
有色金屬冶煉過程中會用硫酸作為電解液，例如用電解法精煉銅、鋁、鋅、鎘、鎳等過程。此外，貴金屬（如金、鉑、鈀等）的精煉中也會用硫酸溶解洗去夾雜金屬。
除銹
硫酸是二元強酸，可以與金屬氧化物反應，可用于表面除銹。在鋼鐵工業(yè)和金屬機械加工之前，都會用硫酸清除金屬制件表面的氧化物。除銹時需加入緩蝕劑并注意控制反應溫度，防止工件內含金屬與硫酸反應而被進一步損壞。用過的酸通常使用廢酸再生(SAR)裝置回收。這些工廠將廢酸與天然氣、煉廠氣、燃料油或其他燃料來源一起燃燒。燃燒過程產生氣態(tài)二氧化硫（SO?）和三氧化硫（SO?），然后用來制造“新”硫酸。
催化劑
硫酸可用作多種反應的催化劑，例如它是環(huán)己酮肟轉化為己內酰胺的常用酸性催化劑，用于制造尼龍。也可作為異丁烷與異丁烯反應的催化劑，生成異辛烷，這是一種提高汽油辛烷值的化合物。在工業(yè)反應中，硫酸也常被用作脫水劑或氧化劑，如脫水各種糖形成固體碳。此外，硫酸還可參與多種經典有機反應，具體如下：
催化酯化反應
酯化反應中濃硫酸作催化劑，在反應中，濃硫酸提供的氫離子可與羧酸的羰基氧結合使羰基質子化，增強羰基碳的親電性，加快反應速度；同時濃硫酸具有吸水性，可以除去產物中的水，促使該可逆反應平衡向右移動。反應方程式如下
催化酯水解反應
酯水解是酯化反應的逆反應。酸作催化劑時，酯和水在酸的作用下，通過加成-消除反應機理形成醇和羧酸，但醇和羧酸也可逆向進行酯化反應，使水解反應進行不夠徹底。
加入硫酸，使溶液酸性增強，平衡逆向移動，水解無法完全進行。
催化硝化反應
硝化反應指的是向有機物分子中引入硝基的反應。
比如在苯環(huán)上引入硝基，反應歷程如下
在反應中硫酸的給質子能力較強，從而使得硝酸解離為硝酰正離子，硝酰正離子，進攻芳香烴形成π絡合物，然后轉化為σ絡合物，最后脫去質子得到硝化產物，即為硝基苯。
農業(yè)生產
硫酸最主要的應用領域是化肥行業(yè)，大約有60%的硫酸用于化肥生產。大部分硫酸用于磷酸的生產，磷酸又被用于制造多種磷酸肥如：三磷酸過磷酸銨、磷酸一銨和磷酸二銨等。少量硫酸用于生產過磷酸鈉和硫酸銨。
在農業(yè)生產中，硫酸可用于改良高堿性石灰質土壤，得到更適宜植物生長的土壤，增加收成。稀硫酸水溶液可溶解鈣、鎂、鐵的碳酸鹽，促進植物對所需礦物質的吸收。此外，硫酸還可以制備很多農藥如波爾多液、殺蟲劑等。
安全事宜
存儲方法
硫酸是一種具有極強腐蝕性的化學品，必須小心地儲存在由非反應性材料（如玻璃）制成的容器中，并標記為“腐蝕性”。應儲存于陰涼通風處，避免與還原劑、堿類、金屬和水接觸。
在硫酸的生產、存儲以及運輸?shù)倪^程中，應對工廠設備等進行定期維護檢查，防止發(fā)生由于腐蝕或者是爆炸而產生的危險事故
健康危害
濃硫酸可與許多物質劇烈反應，釋放出大量的熱或可燃物，引起火災和爆炸。此外，硫酸具有強腐蝕性，對碳水化合物表現(xiàn)出很強的脫水特性，人體接觸會引起化學腐蝕以及物理灼傷等安全問題。如濺到眼睛上會損傷角膜，可能導致永久性失明；誤食會對內臟器官造成不可逆的損傷，甚至可能致命。因此，在操作處理硫酸時應始終使用保護設備。
濃硫酸在稀釋過程中也會釋放大量的熱量，為了避免飛濺，通常把濃酸緩慢加入水中，并不斷用玻璃棒攪拌，而不是反過來加入。因為酸的密度比水大，會沉到底部。熱在酸和水之間的界面產生，界面附近的溫水上升，使界面冷卻，防止酸或水的沸騰。相反，向濃硫酸中加水會在酸的上面形成一層薄薄的水。稀薄的水層中產生的熱量會沸騰，導致硫酸氣溶膠的擴散，還可能發(fā)生爆炸。在實驗室中，可以將濃酸倒在去離子水制成的碎冰上來稀釋。當酸溶解時，冰在吸熱過程中融化。在這一過程中，融化冰所需的熱量大于溶解酸而使溶液保持低溫所產生的熱量。在所有的冰融化后，可以用水進一步稀釋，確保安全。
處理方案
硫酸泄露容易發(fā)生人員中毒、傷亡和嚴重環(huán)境污染事故。為了減少硫酸的安全事故的發(fā)生，必須嚴格按照國家的法律制造危險物質，嚴格遵守企業(yè)的規(guī)章制度，并且對泄露事故處理要及時、得當、科學，盡量避免重大危害及損失的發(fā)生。
泄露發(fā)生之后，要立即在可行的前提下關閉泄露源，在泄漏區(qū)域周圍設置警告標志。進入泄露現(xiàn)場人員必須配備必要的個人防護器具，泄漏的地面通過噴灑碳酸鈉和石灰來中和，反應后用水沖洗。廢水要集中收集處理。
如果發(fā)生吸入性中毒，應立即離開現(xiàn)場，嚴重時需進行霧化和吸氧治療。對于皮膚上不慎接觸硫酸，要迅速脫去被污染衣物，用干抹布輕輕擦去皮膚表面殘余硫酸，再用大量水沖洗10到15分鐘，最后涂上碳酸氫鈉溶液。
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