硫酸受热分解多少度?生成什么?
纯硫酸加热至290℃分解放出部分三氧化硫,直至酸的浓度降到98.3%为止,这时硫酸为恒沸溶液,沸点为338°C。无水硫酸体现酸性是给出质子的能力,纯硫酸仍然具有很强的酸性,98%硫酸与纯硫酸的酸性基本上没有差别,而溶解三氧化硫的发烟硫酸是一种超酸体系,酸性强于纯硫酸,但是广泛存在一种误区,即稀硫酸的酸性强于浓硫酸,这种想法是错误的。的确,稀硫酸第一步电离完全,产生大量的水合氢离子H3O+;但是浓硫酸和水一样,自身自偶电离会产生一部分硫酸合氢离子H3SO4+,正是这一部分硫酸合质子,导致纯硫酸具有非常强的酸性,虽然少,但是酸性却要比水合质子强得多,所以纯硫酸的哈米特酸度函数高达-12.0。
在硫酸溶剂体系中,H3SO4+经常起酸的作用,能质子化很多物质产生离子型化合物:
NaCl+ H2SO4==NaHSO4+HCl(不加热都能很快反应)
KNO3+ H2SO4→K++HSO4-+HNO3
HNO3+ H2SO4→NO2++H3O++2HSO4-
CH3COOH+ H2SO4→CH3C(OH)2++HSO4-
HSO3F+ H2SO4→H3SO4++SO3F-(氟磺酸酸性更强)
上述与HNO3的反应所产生的NO2+,有助于芳香烃的硝化反应。
硫酸属于高沸点(337℃)无机酸,热的浓硫酸有氧化作用,可用于分解多种砷、锑、锡的硫化物矿物和砷锑矿,还可用于分解方钴矿–斜方砷钴矿族的钴、镍砷化物,以及辉砷钴矿、辉砷镍矿、毒砂、斜方砷铁矿、淡红银矿、砷黝铜矿等硫、砷矿物。硫酸也是硒、碲矿物的良好溶剂,若在水浴中溶样,硒不挥发,但如果加热至硫酸冒烟,硒的损失可达75%。
硫酸及其碱金属硫酸盐的混合物用于分解含钛、铌、钽和稀土元素的矿物相当有效。铌、钽酸盐矿物以及钠铈钙钛矿、铀钽烧绿石、黄绿石和铀方钍石等均可很好分解。硫酸—硫酸钾常用于稀土元素的磷酸盐矿物(如独居石、磷钇矿等)的分解。
硫酸在岩石矿物分解中的另一用途是利用其高沸点特性,除去其他无机酸的阴离子(如F-、Cl-、 等)。
但加热到沸点时分解成三氧化硫蒸汽和水蒸气,两者在空气中化合成硫酸雾滴 (沸点338℃ )
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硫酸与铜共热时溶液中先产生黑色物质后变成灰白色物质的原因
浓硫酸与铜共热反应是分步进行的,铜先被浓硫酸氧化为黑色的氧化铜,氧化铜再与硫酸反应生成硫酸铜,这是反应过程中的主要化学反应,其反应的方程式为:
Cu+H2SO4(浓)CuO+SO2↑+H2O
CuO+ H2SO4(浓)CuSO4+ H2O
该过程的净化反应可表示为:
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+ SO2↑+ 2H2O
同时反应过程中还伴有一些副反应,如生成有CuS、Cu2S等黑色物质,随着反应的进行,这些物质又被浓硫酸氧化生成硫酸铜、二氧化硫、硫等物质。其副反应有:
5Cu+4H2SO4(浓) 3CuSO4+Cu2S+4H2O
Cu2S +2H2SO4(浓)CuSO4+CuS+ SO2↑+ 2H2O
CuS +2H2SO4(浓)CuSO4+ SO2↑+S+ 2H2O
S +2H2SO4(浓)3 SO2↑+ 2H2O
反应过程中产生的黑色物质是CuO 、Cu2S 、CuS等,后来转变为灰白色物质是未溶解于浓硫酸中的CuSO4。
产生大量白色烟雾及凝聚的淡黄色固体物质慢慢消失的原因
由于反应溶液处于沸腾状态(浓硫酸的沸点温度为338℃),反应中生成的水及一定量的硫酸变成蒸气,因而在试管上方形成了硫酸的酸雾。浓硫酸与铜共热时的副反应中生成的硫在此温度下有一部分变成了硫蒸气从溶液中逸出,硫蒸气先被冷凝成淡黄色固体附着在试管壁上。随着试管内温度的逐渐升高,硫酸蒸气将凝聚的硫氧化为二氧化硫而慢慢消失。其反应的方程式为:
S +2H2SO4(浓)3 SO2↑+ 2H2O
值得注意的是,浓硝酸与过量的铜反应时存在硝酸浓度的量变而引起化学反应的质变问题,这是因为浓硝酸中水的含量超过了35%,即本身水的量较多。再加之该反应是在通常情况下进行的,反应中水没有变成蒸气逸出。随反应的进行硝酸不断消耗,硝酸浓度在慢慢减小,变成稀硝酸后,硝酸的还原产物则为NO,化学反应即发生了质的变化。
但是,不可能得到98%的浓硫酸,因为硫酸可以与水形成共沸物,即浓度提高到一定程度后,再加热,则硫酸与水共同成为蒸汽,无法分离。
当然,加热的温度也不能超过硫酸的分解温度,这个温度很高,一般不会出现。
所以,提高硫酸溶液的浓度可以加入适当的吸水剂,如mgso4等等。
实际工业生产,则不存在这样的问题,因为第一步得到的就是浓硫酸,其它浓度的硫酸溶液都来自浓硫酸的稀释。