古代怎么制硫酸
硫酸这种工业生产的重要原料始于8世纪,我们中国道士却是拿来炼丹,生产硫酸最古老的方法是用绿矾(硫酸亚铁)为原料,放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸。古代炼丹士称硫酸为”绿矾油”就是由这种方法而得名。 生产硫酸最古老的方法是用绿矾(FeSO4·7H2O)为原料,放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸。在煅烧过程中,绿矾发生分解,放出二氧化硫和三氧化硫,其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝,便可得到硫酸。 2(FeSO4·7H2O) Fe2O3+SO2+SO3+14H2O 在18世纪40年代以前,这种方法为不少地方所采用。古代称硫酸为“绿矾油”就是由于采用了这种方法的缘故。
硫酸是现代工业的重要组成部分,古代对硫酸的了解与使用没有现代这么全面,因此古代现场很少用硫酸。
对于硫酸的制备,古人缺少相关技术,因此古代硫酸非常稀少,也不会用到现场。
同时古人缺少对硫酸的认识,导致硫酸的性质不清楚,无法合理使用,所以也不会用到现场。
硫酸是一种最活泼的二元无机强酸,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。与水混合时,亦会放出大量热能。其具有强烈的腐蚀性和氧化性,故需谨慎使用。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。常用作化学试剂,在有机合成中可用作脱水剂和磺化剂。
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。[2] 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。
①CuSO4·5H2O====CuO+SO3+5H2O(或SO2+O2) ;② SO3+H2O====H2SO4。
(2) 欧洲最早的制硫酸方法为:加热蒸馏绿矾,产物除硫酸外,还有一种红色固体生成,方程式为 FeSO4·7H2O====Fe2O3+SO2+SO3+7H2O。
(3)近代英国用铅室法制硫酸,方法是:①先将硫磺燃烧得二氧化硫;②再将燃烧产物与NO、NO2及空气、水蒸气混合,形成亚硝基硫酸(NOHSO4),方程式为:S+O2====SO2;2SO2+O2+NO+NO2+H2O====2NOHSO4。生成的亚硝基硫酸可与水反应生成硫酸,并能释放出氮的氧化物,方程式为2NOHSO4+H2O====2H2SO4+NO+NO2。其中NO、NO2可看作是催化剂。
(4)现代工业制硫酸多用接触氧化法,即将SO2用V2O5作催化剂接触氧化生成SO3的方法,此反应不采用高压条件而用常压,理由是常压下二氧化硫和氧气是气态,三氧化硫是液态,容易分离 。
(5)比较上述方法,古代加热胆矾和绿矾的方法缺点是污染环境,制出的硫酸不纯,产生气体有强烈腐蚀性,近代英国的铅室法其缺点是氮氧化物与二氧化硫保护不当会污染大气。现代制硫酸的方法其优点是使用高效催化剂反应速率快,制出的硫酸易于分离,纯度高。(写出任意两点即可)。
硫酸的物理性质是无色,粘稠的透明液体;化学性质则具有强大的腐蚀性和氧化性,令人“谈之色变”。谈及“硫酸”这种液体,这可谓是名副其实的现实世界“大杀器”。在古代,硫酸或许就会成为武侠小说中令人闻风丧胆的“化尸水”。这种化学液体拥有着恐怖的威力,我们每年都能在新闻中看到因为“硫酸”而受害的受害者。硫酸的化学性质和物理性质,到底都是什么呢?
熟悉化学的朋友可能都知道,尽管拥有着令人谈之色变的巨大威力,但是硫酸的外表具有着强大的迷惑性,并没有很多人所想像的那么“狰狞丑陋”。从物理性质上来看,纯净的硫酸特点是粘稠的油状液体,虽然无色无味,但是我们还是能从外表上看出一些它的水的细微差别:比如说,高纯度的浓硫酸往往会伴随着“滋滋”的声音。它的密度是1.84 g/cm³,沸点337℃。可以在任何状态下和水互相溶解,并且在溶解过程中,散发出超出常人想象的热能。新闻上那些被浓硫酸造成重度烧伤的受害者,就是因为这一点。
作为一种强酸,纯度不高的稀硫酸拥有着“酸”的大部分特性,而硫酸的纯度到达一个临界点之后,就会有强大的脱水性和“吸水性”。我们需要注意的是,前者并没有那么恐怖,甚至威力远远不如我们身体中储藏的胃酸;后者才是我们印象中的“大杀器”,具有强烈的腐蚀性。据目前的科学研究表明,纯度达到百分之七十以上的浓硫酸,氧化性也会达到一个难以估量的地步。
但是硫酸的用途在现代是非常广泛的,很多人都知道,硫酸是化工工业中必不可少的原料。