◇　北京　王篤年

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篤年老師問與答

關于硫酸性質與應用的系列問題(3)
——硫酸應用中的一些問題釋疑

◇北京王篤年

8) 用濃硫酸與NaCl反應可以制得HCl,這是否說明H2SO4酸性比鹽酸強?

實驗室制取HCl的方法之一是利用濃硫酸與固體食鹽混合加熱:

或

并不能依據(jù)該反應說硫酸的酸性比鹽酸強．因為該反應的推動力是熵增(固體與液體反應產(chǎn)生氣體物質),硫酸所表現(xiàn)的性質只是酸性和難揮發(fā)性．如果這個說法不能令人信服,可以接著看下面的反應:

鹽酸、氫溴酸、氫碘酸都屬于典型的強酸,而磷酸只是一種中等強度的酸,我們不能根據(jù)這些反應就說磷酸的酸性比鹽酸、氫溴酸、氫碘酸都強，上述反應的推動力也是熵增效應,磷酸所表現(xiàn)的性質是酸性與難揮發(fā)性．

9) 為什么用濃硫酸制取HNO3時只能微熱生成NaHSO4而不能生成Na2SO4?

用濃硫酸制取HCl、HF等物質時,可以通過加熱使硫酸分子中的2個H都轉化為揮發(fā)性酸:

而實驗室里用硫酸與NaNO3反應制取HNO3時,化學方程式卻只能寫成

這與硝酸的不穩(wěn)定性有關,硝酸受熱易分解,而若要使硫酸的第2個氫電離發(fā)揮作用,溫度要達到500℃以上,這樣的溫度下硝酸就會分解殆盡,最終得不到HNO3．

10) 濃硫酸具有強氧化性,為什么卻能用來干燥還原性氣體H2、CO和SO2?

濃硫酸是常用的氣體干燥劑,然而它具有強氧化性,所以不能用濃硫酸干燥H2S、HI、HBr等還原性氣體．然而H2、CO、SO2氣體都是廣泛使用的氣體還原劑,為什么卻可以用濃硫酸干燥呢?

觀察總結H2、CO作為還原劑時的反應條件可知,它們都是在加熱或高溫狀態(tài)下發(fā)揮其還原性的．這是為什么呢?這與H2、CO的分子結構比較牢固有關．我們知道,分子參加化學反應的前提是舊的化學鍵被破壞,CO分子內2個原子通過三鍵連接,鍵能很大(1076kJ·mol-1),故分子不易拆開;氫氣分子內2個原子間雖然只是共價單鍵連接,但是這個單鍵鍵長太短,導致鍵能很大(436kJ·mol-1),分子結構也非常穩(wěn)定．所以常溫下,H2、CO都不容易被氧化,故而可以用濃硫酸干燥．SO2雖然具有強還原性,但因為硫元素常見價態(tài)有-2、0、+4、+6價,假設硫酸將SO2氧化,則只能是SO2氧化為H2SO4而H2SO4還原為SO2,最終結果是反應物和產(chǎn)物都沒有變化．自然界里,這樣的“反應”實際上是不會發(fā)生的．所以說,硫酸并不能氧化SO2氣體．

11) 硫酸能不能干燥NO、乙烯?

都不能．實驗事實表明,NO通入濃硫酸后會全部被吸收.目前尚沒有找到明確的文獻說明,但根據(jù)NO分子結構及有關化合物(亞硝酰硫酸NOHSO4)存在的資料可以猜測,吸收原理無非有如下2個方面:一是簡單的溶解吸收，因為NO是極性分子,根據(jù)相似相溶原理,它應該可以溶解于極性溶劑硫酸之中;二是化學反應，NO具有很強的還原性而硫酸具有強氧化性,二者相遇發(fā)生反應:2NO+3H2SO4=2NOHSO4(亞硝酰硫酸)+SO2+2H2O．

常溫下乙烯與濃硫酸的反應在歷史上曾有重要的應用——乙烯水化法制乙醇．具體步驟如下:

第1步，乙烯通入濃硫酸中,發(fā)生如下加成反應:

CH2=CH2+H-OSO3H(濃硫酸) →

C2H5-OSO3H(硫酸氫乙酯).

第2步，硫酸氫乙酯水解得乙醇，然后通過蒸餾把乙醇分離．

C2H5-OSO3H+H-OH→

C2H5-OH+H2SO4.

此法第1步并不需要什么催化劑,乙烯通入濃硫酸即可發(fā)生．該法理論上看非常合適,硫酸可以循環(huán)利用,完全符合綠色化學思想．但實踐中發(fā)現(xiàn),該法把大量的濃硫酸轉化為稀硫酸,而稀硫酸的濃縮需要耗費很多的能量,所以早已被新的工藝取代．

所以,雖然乙烯氣體可以用濃硫酸與乙醇在170℃下反應制備,但由于常溫下乙烯與濃硫酸發(fā)生加成反應,不可用濃硫酸干燥乙烯氣體．

12) 為什么酸化高錳酸鉀溶液總是用硫酸,而很少用鹽酸、硝酸?

(作者單位：北京十一學校)