浓硫酸

概览

硫酸是硫的最高价含氧酸（$\ce{S}$为 +6 价）。学习时要把稀硫酸（酸的通性，由$\ce{H+}$体现）与浓硫酸（吸水性、脱水性、强氧化性三大特性）严格区分。浓硫酸的强氧化性（与$\ce{Cu}$、$\ce{C}$反应，常温钝化$\ce{Fe}$、$\ce{Al}$）是高考的必考内容。

核心概念

• 稀硫酸：$\ce{H2SO4 -> 2H+ + SO4^{2-}}$，完全电离，体现酸的通性，没有浓硫酸的特性。
• 浓硫酸：约 $98.3\%$，溶质主要以 $\ce{H2SO4}$ 分子形式存在，几乎不电离，因此其"酸性"（$\ce{H+}$）弱，但表现出特殊的吸水性、脱水性、强氧化性。

一、稀硫酸的三重性质（酸的通性）

1. 与金属反应（排在氢前）：$\ce{Fe + H2SO4(稀) -> FeSO4 + H2 ^}$
2. 与碱反应：$\ce{H2SO4 + 2NaOH -> Na2SO4 + 2H2O}$
3. 与碱性氧化物反应：$\ce{CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O}$
4. 与某些盐反应：$\ce{BaCl2 + H2SO4 -> BaSO4 v + 2HCl}$；$\ce{Na2CO3 + H2SO4 -> Na2SO4 + CO2 ^ + H2O}$

稀硫酸体现这些性质的是 $\ce{H+}$（酸的通性）。检验 $\ce{SO4^{2-}}$时加入的稀硫酸起"提供$\ce{SO4^{2-}}$"的作用，与检验对象有关。

二、浓硫酸的三大特性

1. 吸水性

• 含义：吸收气体中或物质中的游离水，如吸收 $\ce{CuSO4·5H2O}$ 中的结晶水。
• 应用：实验室常用作干燥剂（干燥 $\ce{O2}$、$\ce{Cl2}$、$\ce{SO2}$、$\ce{CO2}$ 等），不能干燥碱性气体（$\ce{NH3}$）和还原性气体（$\ce{H2S}$、$\ce{HBr}$、$\ce{HI}$）。
• 现象：$\ce{CuSO4·5H2O}$（蓝色）$\ce{->[浓H2SO4]}$ $\ce{CuSO4}$（白色）。
• 记忆：吸水吸的是"水里游离的水"，物质化学组成不变。

2. 脱水性

• 含义：将有机物中 $\ce{H}$、$\ce{O}$按$2:1$（水分子组成）脱去，有机物发生炭化。
• 实验：浓硫酸使蔗糖变黑（炭化），并有刺激性气味气体产生： $$\ce{C12H22O11 ->[浓H2SO4] 12C + 11H2O}$$ $$\ce{C + 2H2SO4(浓) ->[Δ] CO2 ^ + 2SO2 ^ + 2H2O}$$ （黑色固体体积膨胀，因生成 $\ce{CO2}$、$\ce{SO2}$ 气体所致。）
• 记忆："脱水脱的是有机物中的'氢氧水'，发生了化学变化（炭化）。"

3. 强氧化性

由 $\ce{+6}$价硫体现，浓硫酸是强氧化剂，本身被还原为$\ce{SO2}$。

(1) 与金属反应（加热）

$$\ce{Cu + 2H2SO4(浓) ->[Δ] CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}$$

• 现象：铜片溶解、有刺激性气味气体、溶液变蓝（$\ce{Cu^{2+}}$）。
• 注意：随着反应进行，硫酸变稀，稀硫酸不能氧化 $\ce{Cu}$，故反应到一定程度停止。
• 氧化产物：$\ce{CuSO4}$；还原产物：$\ce{SO2}$。浓硫酸既作氧化剂又表现酸性（生成 $\ce{CuSO4}$ 的部分）。

(2) 常温钝化

• 冷的浓硫酸使 $\ce{Fe}$、$\ce{Al}$ 表面生成致密氧化膜，阻止反应继续进行，称为"钝化"。
• 应用：常温下可用铁罐、铝罐盛装浓硫酸（注意：加热时 $\ce{Fe}$、$\ce{Al}$ 会与浓硫酸反应）。
• 钝化是化学变化，不是不反应。

(3) 与非金属反应（加热）

$$\ce{C + 2H2SO4(浓) ->[Δ] CO2 ^ + 2SO2 ^ + 2H2O}$$

$$\ce{S + 2H2SO4(浓) ->[Δ] 3SO2 ^ + 2H2O}$$

(4) 与还原性化合物反应

$$\ce{H2S + H2SO4(浓) -> S v + SO2 ^ + 2H2O}$$

$$\ce{2HBr + H2SO4(浓) -> Br2 + SO2 ^ + 2H2O}$$

三、浓硫酸的稀释

• 操作：将浓硫酸沿器壁缓慢倒入水中，不断搅拌，使热量及时散失。
• 切不可将水倒入浓硫酸中（水浮于硫酸表面，放出大量热导致暴沸飞溅）。

四、浓硫酸与稀硫酸性质对比

项目	稀硫酸	浓硫酸
电离情况	完全电离，以 $\ce{H+}$、$\ce{SO4^{2-}}$存在	主要以$\ce{H2SO4}$ 分子存在
酸的通性	显著（与活泼金属、碱、碱性氧化物反应）	弱（几乎不电离）
吸水性	无	有（干燥剂）
脱水性	无	有（使有机物炭化）
氧化性	仅 $\ce{H+}$的氧化性（与活泼金属放$\ce{H2}$）	$\ce{S}$的强氧化性（钝化、氧化$\ce{Cu}$/$\ce{C}$）
与 $\ce{Cu}$	不反应	加热生成$\ce{CuSO4}$、$\ce{SO2}$

典型例题

例题 1

题目：某同学将浓硫酸与 $\ce{Cu}$片共热，收集到标准状况下$\ce{SO2}$气体$2.24\ \mathrm{L}$。求被氧化的 $\ce{Cu}$ 的物质的量。

分析：由方程式 $\ce{Cu + 2H2SO4(浓) ->[Δ] CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}$可知，生成$\ce{SO2}$的物质的量等于被氧化$\ce{Cu}$ 的物质的量。$n(\ce{SO2}) = \dfrac{2.24\ \mathrm{L}}{22.4\ \mathrm{L\cdot mol^{-1}}} = 0.1\ \mathrm{mol}$。

解答：$n(\ce{Cu}) = n(\ce{SO2}) = 0.1\ \mathrm{mol}$。被氧化的 $\ce{Cu}$为$0.1\ \mathrm{mol}$。

点评：这是"氧化还原 + 物质的量"的基础计算。关键是把化学方程式与物质的量建立对应关系，注意 $\ce{Cu}$与$\ce{SO2}$的化学计量比为$1:1$。

例题 2

题目：下列有关浓硫酸的说法错误的是（　） A. 浓硫酸具有吸水性，可作干燥剂 B. 浓硫酸使蔗糖变黑，体现其脱水性 C. 常温下浓硫酸与 $\ce{Fe}$反应放出$\ce{SO2}$ D. 稀释浓硫酸时应将浓硫酸沿器壁缓缓倒入水中并搅拌

分析：A 正确；B 正确（炭化是脱水性）；C 错误——常温下浓硫酸使 $\ce{Fe}$钝化（生成致密氧化膜），加热时才放出$\ce{SO2}$；D 正确（稀释操作规范）。

解答：选 C。

点评：本题考查"钝化"这一易错概念。常温钝化是化学变化但不放出气体；只有加热时才发生剧烈氧化反应。

易错提醒

WARNING

• 稀硫酸与浓硫酸性质不同：稀硫酸体现酸的通性（$\ce{H+}$），浓硫酸体现吸水性、脱水性、强氧化性。不能用"稀硫酸"的性质去推断"浓硫酸"。
• 钝化 ≠ 不反应：常温浓硫酸使 $\ce{Fe}$、$\ce{Al}$ 钝化是化学变化；加热时仍会反应。
• 脱水性 ≠ 吸水性：吸水是吸收游离水（物质不变），脱水是夺取有机物中氢氧元素（发生炭化等化学变化）。
• 浓硫酸氧化 $\ce{Cu}$时被还原为$\ce{SO2}$（$\ce{+6 -> +4}$），不是 $\ce{H2}$，也不是 $\ce{S}$。
• 浓硫酸作干燥剂不能干燥 $\ce{NH3}$（碱性气体）和 $\ce{H2S}$、$\ce{HBr}$、$\ce{HI}$（还原性气体）。
• 稀释浓硫酸只能"酸入水"，不能"水入酸"。

与其他知识关联

• $\ce{SO2}$催化氧化制$\ce{SO3}$，$\ce{SO3}$ 溶于水即得硫酸 → 二氧化硫
• 硫酸根离子（$\ce{SO4^{2-}}$）的检验 → 硫酸根离子的检验
• 硝酸同样具有强氧化性（与 $\ce{Cu}$ 反应）→ 硝酸
• 检验 $\ce{SO4^{2-}}$ 时使用稀盐酸酸化，与浓硫酸无关 → 常见离子的检验方法
• 本章总览 → 00-硫及其化合物总览

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