chem.濃硫酸

Question

請寫出濃硫酸與以下物與的反應方程和可見變化

1.硫
2.碳

Answer 1

1.
2H2SO4 + S → 2H2O + 3SO2
硫溶於熱濃硫酸中，並生成無色窒息性氣味的氣體，該氣體可令酸化重鉻酸鉀試紙由橙色變成綠色。

2.
2H2SO4 + C → 2H2O + 2SO2 + CO2
碳溶於熱濃硫酸中，並生成無色窒息性氣味氣體及另一無色無嗅無味的氣體的混合物，該氣體混合物可令石灰水變混濁及令酸化由橙色重鉻酸鉀試紙變成綠色。

要留意兩點：(1) 二氧化硫與二氧化碳均可令石灰水變混濁，但在會考程度通常都不會論及二氧化硫這個性質。而二氧化硫可令酸化重鉻酸鉀試紙由橙色變成綠色，而二氧化碳不可。(2) 所用的濃硫酸最好是 98% 濃硫酸。雖然書上有談及以上反應，但個人經驗上，這兩個實驗很多時都會失敗，做不到預測的反應，尤以濃硫酸與碳之間的反應為甚。

Answer 2

歷史
硫酸發現於公元8世紀。阿拉伯煉丹家Jabir通過干熘硫酸亞鐵晶體得到硫酸。


[編輯] 自然界的存在
硫酸常在火山周圍的積水中被檢出。大氣污染產生的酸雨中也常含硫酸。在生物界，有一種海蛞蝓(notaspidean pleurobranchs)也能噴射含硫酸的分泌物來禦敵[1]。


[編輯] 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、非皂性清潔劑、以及油漆添加劑。


[編輯] 物理性質
純硫酸是無色、粘稠的油狀液體，並不易揮發。


[編輯] 製備硫酸
歷史上曾先後用鉛室法和接觸法製備硫酸。

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。


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。注


二氧化硫和氧的反應是一個可逆反應。三氧化硫的產量百分比為98%。

在吸收塔內，三氧化硫會溶於98%的硫酸中，形成發煙硫酸。


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。


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。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。


在反應過程中，五氧化二釩擔當了一個中間物的角色：




注：這個反應也可用鉑(Pt)催化，但五氧化二釩較常見，一來其價格較鉑為低，二來鉑較易和雜質反應而損失。


[編輯] 濃硫酸的性質與稀釋
濃硫酸是黏稠油狀液體，具有吸水性，強氧化性以及脫水性。


[編輯] 脫水性
脫水性是指硫酸能將碳水化合物中的水份脫去（嚴格地說是把有機物中的氫、氧元素按水的組成比脫去），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。


[編輯] 稀釋硫酸
硫酸溶於水放出大量熱，可使水沸騰，因此稀釋硫酸時應將濃硫酸沿杯壁緩慢倒入水中，同時不斷攪拌，切不可將水倒入硫酸中，這樣會導致水因為密度小於濃硫酸浮在濃硫酸上，並且沸騰使得濃硫酸濺出傷人。


[編輯] 濃硫酸的氧化性質
稀硫酸具有酸的一般性質，能與鋅(Zn)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。


[編輯] 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：

(a)

濃硫酸的還原作用 半反應式：

(b)

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：

(a)+(b)


[編輯] 氧化非金屬
熱的濃硫酸可以氧化非金屬，例如碳和硫。


在上述反應，碳和硫的氧化數由0升至+4。


[編輯] 跟活潑金屬的反應
硫酸可與活潑金屬反應生成相應的硫酸鹽和氫氣。




[編輯] 跟鹼性氧化物反應
硫酸可與鹼性氧化物反應生成相應的硫酸鹽和水。




[編輯] 跟某些鹽反應（可溶性鋇鹽和碳酸鹽）
硫酸可與可溶性鋇鹽反應生成硫酸鋇沉澱和相應的酸，可與碳酸鹽反應生成相應的硫酸鹽、水和二氧化碳。




[編輯] 驗證
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溶液生成白色沉澱，再加稀硝酸，沉澱不消失，證明其有SO42-證明是硫酸。


[編輯] 酸雨
主條目：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，威脅居民的安全