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硫酸的用途

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硫酸的用途

發布日期:2018-04-23 作者: 點擊:

  硫酸(化學式:H2SO4),硫的最重要的含氧酸。無水硫酸為無色油狀液體,10.36℃時結晶,通常使用的是它的各種不同濃度的水溶液,用塔式法和接觸法制取。前者所得為粗制稀硫酸,質量分數一般在75%左右;后者可得質量分數98.3%的濃硫酸,沸點338℃,相對密度1.84。
  
  硫酸是一種最活潑的二元無機強酸,能和絕大多數金屬發生反應。高濃度的硫酸有強烈吸水性,可用作脫水劑,碳化木材、紙張、棉麻織物及生物皮肉等含碳水化合物的物質。與水混合時,亦會放出大量熱能。其具有強烈的腐蝕性和氧化性,故需謹慎使用。是一種重要的工業原料,可用于制造肥料、藥物、炸藥、顏料、洗滌劑、蓄電池等,也廣泛應用于凈化石油、金屬冶煉以及染料等工業中。常用作化學試劑,在有機合成中可用作脫水劑和磺化劑。

 

 

硫酸

 

  
  硫酸發現于公元8世紀。阿拉伯煉丹家賈比爾通過干餾硫酸亞鐵晶體得到硫酸。一些早期對化學有研究的人,如拉齊、賈比爾等,還寫了有關硫酸及與其相關的礦物質的分類名單;其他一些人,如伊本·西那醫師,則較為重視硫酸的種類以及它們在醫學上的價值。 [1]
  
  在17世紀,德國化學家Johann Rudolf Glauber將硫與硝酸鉀混合蒸汽加熱制出硫酸,在這過程中,硝酸鉀分解并氧化硫令其成為能與水混合并變為硫酸的 三氧化硫(SO 3)。于是,在1736年,倫敦藥劑師Joshua Ward用此方法開拓大規模的硫酸生產。
  
  在1746年,John Roebuck則運用這個原則,開創鉛室法,以更低成本有效地大量生產硫酸。經過多番的改良后,這個方法在工業上已被采用了將近兩個世紀。 [2] 由John Roebuck創造的這個生產硫酸的方法能制造出濃度為65%的硫酸,后來,法國化學家約瑟夫·路易·蓋-呂薩克以及英國化學家 John Glover將其改良,使其能制造出濃度高達78%的硫酸,可是這濃度仍不能滿足一些工業上的 用途。
  
  在18世紀初,硫酸的生產都依賴以下的方法:黃鐵礦(FeS 2)被燃燒成硫酸亞鐵(FeSO 4),然后再被燃燒,變為能在480℃下分解成氧化鐵以及能用以制造任何濃度硫酸的三氧化硫的硫酸鐵[Fe 2(SO 4) 3]。可惜,此過程的龐大成本阻礙了濃硫酸的廣泛運用。 [2] 由 約翰·道爾頓在1808年繪制的早期硫酸分子圖顯示了硫酸有一個位于中心的硫原子并與三個氧原子建立共價鍵,如右圖。
  
  后來,到了1831年,英國制醋商人Peregrine Phillips想到了接觸法,能以更低成本制造出 三氧化硫以及硫酸,這種方法在現今已被廣泛運用。
  
  在古代中國,稀硫酸被稱為“綠礬油”。 在公元650~683年(唐高宗時),煉丹家孤剛子在其所著《 黃帝九鼎神丹經訣》卷九中就記載著“煉石膽取精華法”,即干餾石膽(膽礬)而獲得硫酸
  
  用于冶金工業和金屬加工在冶金工業部門,特別是有色金屬的生產過程需要使用硫酸。例如用電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時,電解液就需要使用硫酸,某些貴金屬的精煉,也需要硫酸來溶解去夾雜的其他金屬。在鋼鐵工業中進行冷軋、冷拔及沖壓加工之前,都必須用硫酸清除鋼鐵表面的氧化鐵。在軋制薄板、冷拔無縫鋼管和其他質量要求較高的鋼材,都必須每軋一次用硫酸洗滌一次。另外,有縫鋼管、薄鐵皮、鐵絲等在進行鍍鋅之前,都要經過用硫酸進行酸洗。在某些金屬機械加工過程中,例如鍍鎳、鍍鉻等金屬制件,也需用硫酸來洗凈表面的銹。在黑色冶金企業部門里,需要酸洗的鋼材一般約占鋼總產量的5%~6%,而每噸鋼材的酸洗,約消費98%的硫酸30~50kg。
  
  用于石油工業汽油、潤滑油等石油產品的生產過程中,都需要濃硫酸精煉,以除去其中的含硫化合物和不飽和碳氫化合物。每噸原油精煉需要硫酸約24kg,每噸柴油精煉需要硫酸約31kg。石油工業所使用的活性白土的制備,也消耗不少硫酸。
  
  在濃縮硝酸中,以濃硫酸為脫水劑;氯堿工業中,以濃硫酸來干燥 氯氣、氯化氫氣等;無機鹽工業中,如 冰晶石、硼砂、 磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、硫酸鉛(、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備都要用硫酸。許多無機酸如磷酸、硼酸、鉻酸(有時也指CrO 3)、氫氟酸、氯磺酸; 有機酸如草酸、 醋酸等的制備,也常需要硫酸作原料。此外煉焦化學工業(用硫酸來同焦爐氣中的氨起作用副產硫酸銨)、 電鍍業、制革業、顏料工業、橡膠工業、造紙工業、油漆工業( 有機溶劑的制備)、工業炸藥和鉛蓄電池制造業等等,都消耗相當數量的硫酸。
  
  可用作硬水的軟化劑、離子交換再生劑、pH值調節劑、氧化劑和洗滌劑等。還可用于化肥、農藥、染料、顏料、塑料、化纖、炸藥以及各種硫酸鹽的制造。在石油的煉制、有色金屬的冶煉、鋼鐵的酸洗處理、制革過程以及煉焦業、輕紡業、國防軍工都有廣泛的應用。強酸性清洗腐蝕劑。在集成電路制造工藝中主要用于硅片清洗。
  
  用于化學纖維的生產為人民所熟悉的粘膠絲,它需要使用硫酸、硫酸鋅、 硫酸鈉的混合液作為粘膠抽絲的凝固浴。每生產1t粘膠纖維,需要消耗硫酸1.2~1.5t,每生產1t維尼龍短纖維,就要消耗98%硫酸230kg,每生產1t卡普綸單體,需要用1.6t20%發煙硫酸。此外,在尼龍、 醋酸纖維、 聚丙烯腈纖維等化學纖維生產中,也使用相當數量的硫酸。
  
  用于化學纖維以外的 高分子化合物生產塑料等高分子化合物,在國民經濟中越來越占有重要的地位。每生產1t 環氧樹脂,需用硫酸2.68t,號稱“塑料王”的 聚四氟乙烯,每生產1t,需用硫酸1.32t;有機硅樹膠、硅油、丁苯橡膠及丁腈橡膠等的生產,也都要使用硫酸。
  
  用于染料工業幾乎沒有一種染料(或其中間體)的制備不需使用硫酸。偶氮染料中間體的制備需要進行磺化反應, 苯胺染料中間體的制備需要進行硝化反應,兩者都需使用大量濃硫酸或發煙硫酸。所以有些染料廠就設有硫酸車間,以配合需要。
  
  用于日用品的生產生產合成洗滌劑需要用發煙硫酸和濃硫酸。塑料的增塑劑(如苯二 甲酸酐和苯二甲酸酯)、賽璐珞制品所需的原料 硝化棉,都需要硫酸來制備。玻璃紙、羊皮紙的制造,也需要使用硫酸。此外,紡織印染工業、搪瓷工業、小五金工業、肥皂工業、人造香料工業等生產部門,也都需要使用硫酸。
  
  用于制藥工業磺胺藥物的制備過程中的磺化反應,強力殺菌劑呋喃西林的制備過程中的硝化反應,都需用硫酸。此外,許多抗生素的制備,常用藥物如 阿斯匹林、 咖啡因、維生素B2、維生素B12及維生素C、某些激素、異煙肼、汞溴紅、糖精等的制備,無不需用硫酸。
  
  某些國家硫酸工業的發展,曾經是和軍用炸藥的生產緊密連結在一起的。無論軍用炸藥(發射藥、爆炸藥)或工業炸藥,大都是以硝基化物或硝酸酯為其主要成分。主要的有硝化棉、三硝基甲苯(TNT)、 硝化甘油、 苦味酸等。雖然這些化合物的制備是依靠硝酸,但同時必須使用濃硫酸或發煙硫酸。
  
  原子能工業及火箭技術
  
  原子反應堆用的核燃料的生產,反應堆用的鈦、鋁等合金材料的 制備,以及用于制造火箭、超聲速噴氣飛機和人造衛星的材料的鈦合金,都和硫酸有直接或間接的關系。從硼砂制備硼烷的過程需要多量硫酸。硼烷的衍生物是最重要的一種高能燃料。硼烷又用做制備硼氫化鈾用來分離鈾235的一種原料。 由此可見,硫酸與國防工業和尖端科學技術都有著密切的關系。
  
  在農業生產中,越來越多地采用硫酸改良高pH值的石灰質土壤。過去20年來,尿素-硫酸肥料的產量大幅度提高并在美國西部諸州的土壤中廣泛施用。將硫酸注入牛奶場湖泊,改變湖水pH值,可解決圈養牲畜過程產生的若干空氣和水質問題,將硫酸施入農用土壤和水中,其主要作用是溶解鈣、鎂的碳酸鹽和 碳酸氫鹽。這些鈣、鎂鹽然后取代可交換的鈉鹽,鈉鹽隨后用水浸洗除去。當碳酸鹽和碳酸氫鹽被分解后,硫酸與更惰性的物質反應,釋放出磷、鐵等植物養分。簡單地降低土壤的pH值可引起許多元素溶解度的變化,提高它們對植物的效力。在高pH值的石灰質土壤上施用硫酸,可使植物更加健壯,收成增加。
  
  用于肥料的生產硫酸銨(俗稱硫銨或肥田粉)和 過磷酸鈣(俗稱過磷酸石灰或普鈣)這兩種化肥的生產都要消耗大量的硫酸。
  
  用于農藥的生產許多農藥都要以硫酸為原料如硫酸銅、 硫酸鋅可作植物的殺菌劑, 硫酸鉈可作殺鼠劑, 硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。最普通的殺蟲劑,如1059乳劑(45%)和1605乳劑(45%)的生產都需用硫酸。
  
  世界各地大多數酸性化學通渠用品均含有濃硫酸。這一類的通渠用品就和堿性的通渠用品一樣,可以溶解淤塞在渠道里的油污及食物殘渣等。不過,由于濃硫酸會與水發生高放熱反應,故建議在使用前盡量保持渠道干爽,并慢慢倒入有關化學用品,另需佩戴手套。

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