硫酸
硫酸是一种无机化合物，化学式为H₂SO₄，是硫中最重要的含氧酸。
硫酸是一种最活泼的二元无机强酸，能和绝大多数金属发生反应1。高浓度的硫酸有强烈吸水性，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。
基本信息
- 中文名
硫酸
- 外文名
Sulfuric acid2
- 分子式
H₂SO₄
- 分子量
98.078
- 标况状态
透明无色无臭液体
研究简史
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。由John Roebuck创造的这个生产硫酸的方法能制造出浓度为65%的硫酸，后来，法国化学家约瑟夫·路易·盖-吕萨克以及英国化学家John Glover将其改良，使其能制造出浓度高达78%的硫酸，可是这浓度仍不能满足一些工业上的用途。
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，如右图。
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。
理化性质
物理性质
纯硫酸一般为无色油状液体，密度1.84g/cm³，沸点337℃，能与水以任意比例互溶，同时放出大量的热，使水沸腾。加热到290℃时开始释放出三氧化硫，最终变成为98.54%的水溶液，在317℃时沸腾而成为共沸混合物。硫酸的沸点及粘度较高，是因为其分子内部的氢键较强的缘故。由于硫酸的介电常数较高，因此它是电解质的良好溶剂，而作为非电解质的溶剂则不太理想。硫酸的熔点是10.371℃，加水或加三氧化硫均会使凝固点下降。
浓度的差异
尽管可以制出浓纯净的硫酸，并且室温下是无限稳定的（所谓的分解成恒沸物的反应发生在接近沸点的高温之下），但是纯硫酸凝固点过高（283.4K），所以为了方便运输通常制成98%硫酸，故一般所说的“高浓度硫酸”指的便是浓度为98%的硫酸。另外，硫酸在不同的浓度下有不同的应用，以下为一些常见的浓度级别：
H₂SO₄比重 | 相应密度(kg/L) | 浓度(mol/L) | 俗称 |
|---|---|---|---|
10% | 1.07 | ~1 | 稀硫酸 |
29～32% | 1.25～1.28 | 4.2～5 | 铅酸蓄电池酸 |
62～70% | 1.52～1.60 | 9.6～11.5 | 室酸、肥料酸 |
98% | 1.83 | ~18 | 浓硫酸 |
硫酸亦可被制成其他形态。例如，将高浓度的SO₃通入硫酸可制成发烟硫酸，有关发烟硫酸的浓度，人们通常以SO3的百分比作准或者是H₂SO₄的百分比作准，两者均可。一般所称的“发烟硫酸”的浓度为45%（含109%H₂SO₄）或65%（含114.6% H₂SO₄）。当SO₃与H₂SO₄比例为1:1产物为焦硫酸（H₂S₂O₇），焦硫酸为固体，熔点为36℃。
极性与导电性
纯硫酸是一种极性非常大的液体，其介电系数大约为100。因为它分子与分子之间能够互相质子化对方，造成它极高的导电性，这个过程被称为质子自迁移。发生的过程是：
2H₂SO₄⇌H₃SO₄⁺+ HSO₄⁻（主要）