硫酸（Sulfuric acid）是一種二元無機化合物強酸，又名硫酸油。是一種由硫、氧和氫組成的礦物酸，化學(xué)式為H?SO?。它是一種無色的油狀液體，在任何濃度下都能與水互溶。硫酸能和絕大多數(shù)金屬發(fā)生反應(yīng)。純硫酸相對密度1.84。純硫酸沸點338℃，在10.36℃時結(jié)晶，在25°C時蒸氣壓為0.001mmHg，屬于難揮發(fā)性酸。濃硫酸還具有強烈吸水性，可用作脫水劑；具有強氧化性和腐蝕性，是一種強氧化性酸；與水混合時，亦會放出大量熱能，舊時教科書認為這種放熱現(xiàn)象會進一步傷害皮膚。此外，還具有脫水性，可以按比例脫去材料中的水導(dǎo)致碳化，例如木材、紙張、棉麻織物及生物皮肉等含碳水化合物的物質(zhì)，故需謹慎使用。硫酸是一種非常重要的化工產(chǎn)品，通常采用的生產(chǎn)方法有接觸法、濕法制硫酸等，一個國家的硫酸產(chǎn)量是衡量其工業(yè)實力的重要標準，2025年2月28日，國家統(tǒng)計局消息：2024年硫酸產(chǎn)量10369.9萬噸，比上年增長6.9%。硫酸廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事等行業(yè)，如化肥生產(chǎn)、礦物加工、石油煉制、電池材料、炸藥制造、廢水處理和化學(xué)合成等，被譽為“化學(xué)工業(yè)之母”地位。
發(fā)現(xiàn)歷史
關(guān)于硫酸的起源和性質(zhì)最早的討論出現(xiàn)在希臘醫(yī)生迪奧科里斯(公元1世紀)的著作中。8世紀，阿拉伯煉金家阿布·穆薩·賈比爾·伊本·哈揚（Abu Mūsā Jābir ibn Hayyān）干餾綠礬時得到硫酸，將其稱之為“礬精”。硫酸被中世紀歐洲煉金術(shù)士稱為“硫酸油”，因為它是通過在鐵釜中焙燒二價鐵而制備的。
在17世紀，化學(xué)家約翰·格勞伯（Johann Glauber）和約書亞·沃德（Joshua Ward）將硫和硝酸鉀一起燃燒，并將產(chǎn)生的二氧化硫和氮氧化物與氧、水反應(yīng)生成硫酸，這是硝化法制備硫酸的前身。
1746年，英國人J?羅巴克（Roebuck）建立了一座1.83米的鉛室用來生產(chǎn)硫酸，這是世界上第一個使用鉛室法生產(chǎn)硫酸的工廠。生產(chǎn)流程是使300～500℃的含二氧化硫的混合氣體進入脫硝塔，并回收其中的氮氧化物（吸硝塔與脫硝塔的共同設(shè)置實現(xiàn)了氮氧化物的循環(huán)利用）。塔頂引出的二氧化硫依次通過若干個鉛室，最終被充分氧化而成硫酸。后來，法國化學(xué)家約瑟夫·路易斯（Joseph Louis ）和英國化學(xué)家約翰·格洛弗（ John Glover ）對鉛室工藝進行了改進，將硫酸的濃度提高到78%。鉛室法作為生產(chǎn)硫酸的最主要方法，一直使用到1900年。
接觸法又稱催化法或觸媒法，是主流的硫酸生產(chǎn)方法。1831年，英國英格蘭布里斯托爾（Bristol）的醋商佩格林·菲利普斯（Peregrine Phillips）向政府提交一份專利申請，項目是“節(jié)省硝石和礬鉛室的成本”（即提出接觸法制硫酸）。接觸法制硫酸是在鉑粉作催化劑的條件下，二氧化硫被氧化為三氧化硫，之后用水吸收，制成硫酸。這是一種高效、經(jīng)濟生產(chǎn)三氧化硫和濃硫酸的工藝，被廣泛使用。
20世紀初出現(xiàn)了塔式法生產(chǎn)硫酸，塔式法的設(shè)備生產(chǎn)強度為鉛室法的6-10倍，成品酸的濃度也提高到75%以上。
分布情況
地球
純硫酸在地球上不是天然存在的,因為其具有很強的吸水性。地殼中含硫的礦物質(zhì)可被氧化生成硫酸。酸雨中含有硫酸。含硫礦物燃燒后生成的二氧化硫(SO?)排放到大氣中，可以和大氣里水反應(yīng)，生成亞硫酸(H?SO?)，亞硫酸又被大氣中的氧氣氧化生成硫酸，最終隨雨水落到地面形成酸雨。酸雨對生態(tài)環(huán)境危害頗多,如引起酸性土壤的形成、腐蝕建筑物、森林植被破壞等。對于酸性土壤的改良，通常使用堿性物質(zhì)如石灰進行中和。
其他星球
金星
在金星的上層大氣中存在厚厚的硫酸云層，當溫度達300℃時，硫酸開始分解為三氧化硫以及水，產(chǎn)物均為氣體。這些物質(zhì)從大氣中層升高到上層后在光催化下會重新反應(yīng)生成硫酸，該反應(yīng)不斷的循環(huán)發(fā)生。波長短于160nm的紫外光子能光解二氧化碳，使其變?yōu)橐谎趸技霸友酢Ｔ友醴浅；钴S，它與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)變?yōu)槿趸颉Ｈ趸蜻M一步與水產(chǎn)生反應(yīng)釋出硫酸。
木星
伽利略號木星探測器發(fā)現(xiàn)木星上也存在硫酸，資料顯示分布在衛(wèi)星木衛(wèi)二上。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
純硫酸是一種無色、透明的油狀液體，密度1.8305g/cm3。純硫酸在25°C時蒸氣壓為0.001mmHg，在145.8°C時蒸氣壓為1mmHg，沸點337℃，是一種難揮發(fā)的酸。濃硫酸具有吸水性，可用作氣體干燥劑，但需注意不能干燥堿性氣體（如氨氣等）和具有還原性的氣體（如硫化氫等）。因為硫酸分子間以及硫酸分子與水分子形成氫鍵，其能與水以任意比例互溶，且溶于水會釋放出大量的熱。
為了方便運輸和使用，純硫酸一般被制成98%的市售硫酸，日常生活和工業(yè)中常見的硫酸一般有以下幾種濃度：
化學(xué)性質(zhì)
稀硫酸
稀硫酸是強酸，它具有酸的化學(xué)性質(zhì)：
如
如
如
如。
濃硫酸
脫水性
濃硫酸具有脫水性，例如可迅速蝕穿毛巾，其脫水過程指脫去非游離態(tài)水分子或按照水的氫氧原子組成比（H:O=2:1）脫去有機物中氫氧元素的過程，生成黑色的炭，該過程是化學(xué)變化。可被濃硫酸脫水的物質(zhì)一般為含氫、氧的有機化合物，如蔗糖、木屑、紙屑和棉花等。下圖是蔗糖碳化的原理：
磺化反應(yīng)
在有機物的磺化反應(yīng)中，甲苯與發(fā)煙硫酸進行磺化反應(yīng)生成對甲苯磺酸和鄰甲苯磺酸，即在苯環(huán)上引入磺基。反應(yīng)機理如下
強氧化性
濃硫酸具有很強的強氧化性，因為硫酸分子中有2個O原子與H原子鍵合，由于O的電負性強于H，O-H鍵之間的電子對偏向于O原子，導(dǎo)致H原子幾乎是一個裸露的質(zhì)子，具有很強的正電性，會吸引與其鍵合的O原子與S原子之間的共用電子對，使O-S鍵易斷裂，大大削弱了硫酸的穩(wěn)定性。
硫酸的強氧化性由以下幾個反應(yīng)體現(xiàn)，硫酸容易得電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)方程式如下：
與金屬反應(yīng)
常溫下，冷的濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化，在金屬表面形成致密的氧化膜。反應(yīng)過程如下：
反應(yīng)初期，鐵表面與濃硫酸接觸發(fā)生反應(yīng)：
。
隨著反應(yīng)的發(fā)生伴隨著S單質(zhì)生成：
Al單質(zhì)在與濃硫酸鈍化過程初期生成氫氣：
隨著反應(yīng)進行發(fā)生：
加熱時，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應(yīng)，產(chǎn)物為高價金屬硫酸鹽和二氧化硫。
在上述反應(yīng)中，硫酸表現(xiàn)出了強氧化性和酸性，加熱時氧化性更強。
與非金屬反應(yīng)
熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化，其產(chǎn)物為高價態(tài)的氧化物或含氧酸和二氧化硫。
濃硫酸與碳的反應(yīng)方程式如下：
與其他還原性物質(zhì)反應(yīng)
濃硫酸具有強氧化性，實驗室制取硫化氫、氨氣等還原性氣體不能選用濃硫酸，只能采取稀硫酸。
發(fā)煙硫酸
“發(fā)煙硫酸”是指三氧化硫的硫酸溶液。將濃硫酸沿器壁緩緩倒入水中并不斷攪拌，會放出大量的熱，若繼續(xù)通入三氧化硫，則會形成，揮發(fā)出來的SO?和空氣中的水蒸氣形成硫酸的細小露滴而冒煙，產(chǎn)生“發(fā)煙”現(xiàn)象。
制備工藝
硫鐵礦制酸
硫鐵礦制酸的原料是硫鐵礦，過程包括硫鐵礦貯運、焙燒、凈化、干燥吸收和轉(zhuǎn)化。硫鐵礦在經(jīng)過沸騰焙燒后，得到的二氧化硫氣體作為爐氣排出，經(jīng)過凈化工序后，將為二氧化硫氧化為三氧化硫，用水吸收三氧化硫，經(jīng)吸收塔吸收三氧化硫氣體得到98%硫酸或發(fā)煙硫酸。該方法的優(yōu)點在于生產(chǎn)工藝成熟，生產(chǎn)原料簡單易得。但缺點較多，首先從環(huán)境污染層面來說，硫鐵礦制備硫酸產(chǎn)生了大量的有毒氣體，對環(huán)境污染大；處理三廢方面，硫鐵礦制酸會排放大量的污水，流程中還會產(chǎn)生大量的有毒粉塵及礦渣，對污水處理要求高，嚴重影響著周圍環(huán)境；其次從工作環(huán)境上來說，該方法大多操作環(huán)境惡劣、操作強度高，工作量大。最后，由于處理了大量的廢水廢氣，該方法的能耗較高，附加成本高，環(huán)保費用無法承受。
硫磺制酸
研究者們已經(jīng)探索出了一套以固體硫磺為基礎(chǔ)材料的硫酸制備方法，制取工藝流程包括熔硫、過濾、焚硫轉(zhuǎn)化、干燥吸收等。大部分硫磺制酸企業(yè)是由硫鐵礦制酸改造來的，干燥用9.3%酸、吸收用98%酸，但由于干燥的是空氣，干燥酸最好用98%酸。該方法的優(yōu)點在于硫磺作原料成本低，對環(huán)境的污染少。
冶煉煙氣制酸
冶煉煙氣制酸的原料主要是金屬硫化礦物冶煉時產(chǎn)生的二氧化硫煙氣，是對冶煉廠的副產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化利用。其主要流程包括煙氣凈化、干燥吸收和轉(zhuǎn)化等。冶煉煙氣時需要的濕度較大，這十分影響干燥吸收工段的直接效果，可能會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。冶煉煙氣制酸的工藝研究重點在于提高冶煉煙氣中SO?的含量，尋求更有利的制酸方案，提升制備硫酸的效率和產(chǎn)量。可選用富氧吹煉技術(shù)，以提高煙氣含SO?量。
磷石膏制酸
石膏、磷石膏是制硫酸的重要原料，工藝主要步驟如下:
將原料——磷石膏、焦炭和黏土三種原料等混合；
對生料進行高溫分解，使其將原料中含有的硫經(jīng)過氧化反應(yīng)后生成二氧化硫并吸收；
將生成的SO?窯氣經(jīng)除雜、烘干、反應(yīng)、吸收這四個工序制成硫酸。該工藝已具備了工業(yè)生產(chǎn)能力，但由于生產(chǎn)成本較高，并未在工業(yè)上大范圍應(yīng)用。
應(yīng)用領(lǐng)域
硫酸是一種非常重要的化工商品，一個國家的硫酸產(chǎn)量是其工業(yè)實力的一個很好的指標，被譽為“化學(xué)工業(yè)之母”，在國民生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。2004年世界產(chǎn)量約為1.8億噸，地理分布如下：亞洲35%，北美州24%，非洲11%，歐洲10%，大洋洲7%，南美洲7%。其中大部分（約60%）用于化肥生產(chǎn)，特別是過磷酸銨、磷酸銨[ǎn]和硫酸銨。其在化工工業(yè)清潔劑、合成樹脂、染料（幾乎沒有一種染料或其中間體的制備不需使用硫酸）、藥品、石油催化劑、殺蟲劑、炸藥、潤滑劑、電解液和粘膠紡織品等生產(chǎn)中也廣泛應(yīng)用。此外，在環(huán)境污染治理方面，利用硫酸的強酸性，可以處理工廠中堿性廢水，中和處理后再排放可降低其對環(huán)境的危害。
電解質(zhì)
硫酸也被用作鉛酸電池或鉛酸蓄電池的電解液，電池充電時，正極板上會形成氧化鉛（PbO?）使得電解質(zhì)變得更稠密，然后在放電時幾乎完全變成水，電極反應(yīng)如下：
陽極：
陰極：
總反應(yīng)：
清潔劑
硫酸可以使有機化合物磺化，在工業(yè)生產(chǎn)中可以直接用于洗滌劑的生產(chǎn)。硫酸中加入過氧化氫（H?O? ）可生成食人魚溶液（Piranha），這是一種強力但劇毒的清洗液，可用于清洗基材表面。食人魚通常用于微電子工業(yè)，也用于實驗室環(huán)境中清潔玻璃器皿。
冶金工業(yè)
有色金屬冶煉過程中會用硫酸作為電解液，例如用電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳等過程。此外，貴金屬（如金、鉑、鈀等）的精煉中也會用硫酸溶解洗去夾雜金屬。
除銹
硫酸是二元強酸，可以與金屬氧化物反應(yīng)，可用于表面除銹。在鋼鐵工業(yè)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。除銹時需加入緩蝕劑并注意控制反應(yīng)溫度，防止工件內(nèi)含金屬與硫酸反應(yīng)而被進一步損壞。用過的酸通常使用廢酸再生(SAR)裝置回收。這些工廠將廢酸與天然氣、煉廠氣、燃料油或其他燃料來源一起燃燒。燃燒過程產(chǎn)生氣態(tài)二氧化硫（SO?）和三氧化硫（SO?），然后用來制造“新”硫酸。
催化劑
硫酸可用作多種反應(yīng)的催化劑，例如它是環(huán)己酮肟轉(zhuǎn)化為己內(nèi)酰胺的常用酸性催化劑，用于制造尼龍。也可作為丁烷與2-甲基丙烯反應(yīng)的催化劑，生成異辛，這是一種提高汽油辛烷值的化合物。在工業(yè)反應(yīng)中，硫酸也常被用作脫水劑或氧化劑，如脫水各種糖形成固體碳。此外，硫酸還可參與多種經(jīng)典有機反應(yīng)，具體如下：
催化酯化反應(yīng)
化反應(yīng)中濃硫酸作催化劑，在反應(yīng)中，濃硫酸提供的氫離子可與羧酸的羰基氧結(jié)合使基質(zhì)子化，增強羰基碳的親電性，加快反應(yīng)速度；同時濃硫酸具有吸水性，可以除去產(chǎn)物中的水，促使該可逆反應(yīng)平衡向右移動。反應(yīng)方程式如下
催化酯水解反應(yīng)
酯水解是酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)。酸作催化劑時，酯和水在酸的作用下，通過加成-消除反應(yīng)機理形成醇和羧酸，但醇和羧酸也可逆向進行酯化反應(yīng)，使水解反應(yīng)進行不夠徹底。
加入硫酸，使溶液酸性增強，平衡逆向移動，水解無法完全進行。
催化硝化反應(yīng)
硝化反應(yīng)指的是向有機化合物分子中引入硝基的反應(yīng)。
比如在苯環(huán)上引入硝基，反應(yīng)機理如下
在反應(yīng)中硫酸的給質(zhì)子能力較強，從而使得硝酸解離為硝正離子，硝酰正離子，進攻芳香烴形成π配位化合物，然后轉(zhuǎn)化為σ絡(luò)合物，最后脫去質(zhì)子得到硝化產(chǎn)物，即為1-溴-2-硝基苯。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
硫酸最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是化肥行業(yè)，大約有60%的硫酸用于化肥生產(chǎn)。大部分硫酸用于磷酸的生產(chǎn)，磷酸又被用于制造多種磷酸肥如：三磷酸過磷酸銨、磷酸一銨和磷酸二銨等。生產(chǎn)過磷酸鈣和硫酸銨都要消耗大量的硫酸。
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，硫酸可用于改良高堿性石灰質(zhì)土壤，通過降低土壤的pH值引起許多元素溶解度的變化，提高它們對植物的效力，進而得到更適宜植物生長的土壤，增加收成。稀硫酸水溶液可溶解鈣、鎂、鐵的碳酸根，促進植物對所需礦物質(zhì)的吸收。此外，硫酸還可以制備很多農(nóng)藥如波爾多液、殺蟲劑等。
安全事宜
存儲方法
硫酸是一種具有極強腐蝕性的化學(xué)品，必須小心地儲存在由非反應(yīng)性材料（如玻璃）制成的容器中，并標記為“腐蝕性”。應(yīng)儲存于陰涼通風處，避免與還原劑、堿類、金屬和水接觸。
在硫酸的生產(chǎn)、存儲以及運輸?shù)倪^程中，應(yīng)對工廠設(shè)備等進行定期維護檢查，防止發(fā)生由于腐蝕或者是爆炸而產(chǎn)生的危險事故
健康危害
濃硫酸與易燃物（如苯）和可燃物（如糖、纖維素等）接觸時可發(fā)生劇烈反應(yīng)，釋放出大量的熱，甚至引起燃燒。此外，硫酸對肉體的強腐蝕性還與其很強的脫水特性有關(guān)，它會與生物組織中的碳水化合物發(fā)生脫水反應(yīng)，同時釋出大量熱能，人體接觸除了造成化學(xué)燒傷外，還會造成二級火焰性灼傷等安全問題。如濺到眼睛上會損傷角膜，可能導(dǎo)致永久性失明；誤食會對內(nèi)臟器官造成不可逆的損傷，甚至可能致命。因此，在操作處理硫酸時應(yīng)始終使用保護設(shè)備。
濃硫酸在稀釋過程中也會釋放大量的熱量，為了避免飛濺，通常把濃酸緩慢加入水中，并不斷用玻璃棒攪拌，而不是反過來加入。因為酸的密度比水大，會沉到底部，同時借助水的高比熱容降低因高溫沸騰導(dǎo)致酸濺出的風險。熱在酸和水之間的界面產(chǎn)生，界面附近的溫水上升，使界面冷卻，進一步防止酸或水的沸騰。相反，向濃硫酸中加水會在酸的上面形成一層薄薄的水。稀薄的水層中產(chǎn)生的熱量會沸騰，導(dǎo)致硫酸氣溶膠的擴散，還可能發(fā)生爆炸。在實驗室中，可以將濃酸倒在去離子水制成的碎冰上來稀釋。當酸溶解時，冰在吸熱過程中融化。在這一過程中，融化冰所需的熱量大于溶解酸而使溶液保持低溫所產(chǎn)生的熱量。在所有的冰融化后，可以用水進一步稀釋，確保安全。
處理方案
硫酸泄露容易發(fā)生人員中毒、傷亡和嚴重環(huán)境污染事故。為了減少硫酸的安全事故的發(fā)生，必須嚴格按照國家的法律制造危險物質(zhì)，嚴格遵守企業(yè)的規(guī)章制度，并且對泄露事故處理要及時、得當、科學(xué)，盡量避免重大危害及損失的發(fā)生。
泄露發(fā)生之后，要立即在可行的前提下關(guān)閉泄露源，在泄漏區(qū)域周圍設(shè)置警告標志。進入泄露現(xiàn)場人員必須配備必要的個人防護器具，泄漏的地面通過噴灑碳酸鈉和生石灰來中和，反應(yīng)后用水沖洗。廢水要集中收集處理。
如果發(fā)生吸入性中毒，應(yīng)立即離開現(xiàn)場，嚴重時需進行霧化和吸氧治療。對于皮膚上不慎接觸硫酸，要迅速脫去被污染衣物，用干抹布輕輕擦去皮膚表面殘余硫酸，再用大量水沖洗10到15分鐘，最后涂上碳酸氫鈉溶液。
參考資料 >