【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。  

第二章硫，氧族元素

§2-4硫酸和硫酸盐

硫酸的性质

【01】在第一册第五章里，我们对硫酸的性质已经作了初步的介绍【山注，1-5-04第12~25段，传送门CV20850981】。纯硫酸是一种无色粘稠油状液体，几乎比水重一倍。它能够以任何的比和水混和，同时产生大量的热。硫酸是一种不挥发酸，打开盛贮硫酸的瓶盖，不会冒“烟”，也闻不到什么气味。它的沸点是338℃，比盐酸、硝酸等都高得多。

【02】市售的浓硫酸通常浓度是98%，它的比重是1.84。

【03】下面我们比较详细地来研究一下硫酸的化学性质。

【04】硫酸是一种典型的强酸，它具有酸的一切通性。例如，它能使蓝色石蕊试纸变红；能跟活泼金属[即金属活动顺序表(第一册，第233页)【山注，1-5-04表5-2，传送门CV20850981】里排在氢以前的金属]发生置换反应，放出氢气。例如，

【山注，H_2SO_4（稀）+Zn=H_2↑+ZnSO_4】

【05】金属活动顺序表里氢以后的金属，是不能置换硫酸分子里的氢原子的，虽然其中有些金属（例如铜）在一定条件下，也能溶解在浓硫酸里，但所发生的反应并不是置换反应，这个反应在下面还将详细讨论。

【06】硫酸也能跟碱性氧化物反应生成盐（硫酸盐）和水。例如，

【山注，H_2SO_4+CuO\mathop{=\!=}\limits^{加热} \mathop{CuSO_4}\limits_{硫酸铜}+H_2O】

【07】硫酸也能跟碱类发生中和反应。由于硫酸是二价酸，当所用碱的量不同时，它可以生成正盐或酸式盐。例如，

【08】1克分子硫酸跟2克分子氢氧化钠反应时生成正盐：

【山注，H_2SO_4+2NaOH=\mathop{Na_2SO_4}\limits_{硫酸钠}+2H_2O】

【09】1克分子硫酸跟1克分子氢氧化钠反应时生成酸式盐：

【山注，H_2SO_4+NaOH=\mathop{NaHSO_4}\limits_{\mathop{酸式硫酸钠}\limits_{（硫酸氢钠）}}+H_2O】

【很显然，如果所用aOH超过2克分子，就只能生成正盐；如果少于1克分子，就只能生成酸式盐】

【10】最后，硫酸也能跟其他酸的盐类发生复分解反应，生成新酸和新盐。由于硫酸的不挥发性，这个反应广泛地被用来制造其他酸类。例如，

【山注，\begin{eqnarray}H_2SO_4+NaCl\mathop{=\!=}\limits^{加热}NaHSO_4+HCl↑\\ H_2SO_4+NaNO_3\mathop{=\!=}\limits^{加热}NaHSO_4+HNO_3↑\end{eqnarray}】

【11】硫酸除了具有上述这些酸的通性以外，浓硫酸还有许多特殊的性质，这些性质不仅和其他酸类不同，而且和稀硫酸也不相同，主要是：

1、浓硫酸具有很强的氧化性

【12】上面讲到某些不活泼的金属（例如铜）不能从稀硫酸里置换出氢，但当跟浓硫酸共热时，却能发生化学反应，使金属溶解在浓硫酸里。但这个反应并不放出氢气，它是由浓硫酸的强烈的氧化性而发生的。

【13】浓硫酸跟铜反应时，首先是浓硫酸把铜氧化成氧化铜，而自己则被还原成亚硫酸：

【山注，H_2SO_4（浓）+Cu=CuO+H_2SO_3】

【14】我们知道，亚硫酸是极不稳定的，生成后立刻分解成二氧化硫和水：

【山注，H_2SO_3=SO_2↑+H_2O】

【15】另外，铜被氧化生成的氧化铜是一种碱性氧化物，它能跟多余的硫酸发生复分解反应，生成硫酸铜和水：

【山注，CuO+H_2SO_4=CuSO_4+H_2O】

【16】这样，铜就溶解在浓硫酸里了【稀硫酸没有氧化性，因此，稀硫酸和铜是没有反应的】。

【17】把上面这些反应的化学方程式合并起来，就可看到浓硫酸跟铜反应总的化学方程式是：

【山注，2H_2SO_4+Cu=CuSO_4+SO_2↑+2H_2O】

【18】把这个反应和活泼金属（例如）跟稀硫酸发生的置换反应相比较，就可看出它们之间存在着本质的不同。前者反应的最后，虽然也生成金属盐类，但它放出的气体不是氢气而是二氧化硫，同时还有水生成。

【19】浓硫酸跟铜的反应是一个氧化-还原反应，在这个反应里，浓硫酸是氧化剂，它把铜氧化成氧化铜（后来又跟多余的硫酸反应生成硫酸铜和水）；铜是还原剂，它把硫酸还原成亚硫酸（随即分解成二氧化硫和水）。

【20】由于浓硫酸具有强烈的氧化性，我们可以用铁器来盛贮它。当铁和浓硫酸接触时，它的表面立刻被浓硫酸氧化成一种组成比较复杂的铁的氧化物，这种铁的氧化物不能溶解在浓硫酸里，它在金属表面上形成一层非常致密的薄膜，保护住内部金属不再受酸的作用。金属跟酸反应后，在表面上形成具有保护性的薄膜的作用，称做金属的“钝化”（注意，铁器不能用来盛贮稀硫酸，为什么？)。

【21】浓硫酸也能跟某些非金属发生类似的氧化-还原反应。例如把木炭粉和浓硫酸放在试管里加热时，木炭就被浓硫酸氧化成二氧化碳，同时，硫酸则被木炭还原成亚硫酸（随即分解成二氧化硫和水)，总的反应是：

【山注，C+2H_2SO_4\mathop{=\!=}\limits^{加热}CO_2↑+2SO_2↑+2H_2O】

2、浓硫酸跟水的反应

【22】浓硫酸溶解于水时，会放出大量的热。在第一册§5·4里【山注，1-5-04第15段，传送门CV20850981】，我们曾着重指出，在稀释浓硫酸时，一定要把浓硫酸慢慢地沿着容器的壁注入水里，注入时还须不断加以搅动；千万不要把水注入浓硫酸里。否则，就可能会有硫酸飞溅出来，沾到皮肤或眼睛上，造成严重的伤害事故。

【23】浓硫酸溶解于水放出大量的热这一事实，说明了浓硫酸的溶解过程，并不是一个简单的物理过程，而是同时包含有硫酸跟水之间发生的化学反应，这种反应可以用下面的化学方程式表示：

【山注，\begin{eqnarray}H_2SO_4+H_2O=\mathop{H_2SO_4·H_2O}\limits_{一水合硫酸}（或H_4SO_5）\\ H_2SO_4+2H_2O=\mathop{H_2SO_4·2H_2O}\limits_{二水合硫酸}（或H_6SO_6）\end{eqnarray}】

【24】这些反应发生时，都有大量的热放出，这就是浓硫酸溶解时发热的原因。反应后生成的化合物，叫做硫酸水合物，在硫酸溶液里，这些水合物都是实际存在着的。

【25】浓硫酸跟水的化合能力十分强烈，不跟硫酸起反应的气体，在通过盛浓硫酸的洗气瓶（图2-10）后，其中含有的水蒸气就被浓硫酸所吸收，因而使气体变得干燥。

【26】浓硫酸也能吸收空气里的水蒸气，因此，浓硫酸常用在干燥器里。

【27】干燥器是一个有盖的玻璃缸，在干燥器的下部装有浓硫酸或其他干燥剂如无水氯化钙等（图2-11(a)），硫酸上面搁置一块有许多圆孔的瓷制的隔板（图2·11（b）)。要干燥的物质先放在坩埚或蒸发皿里，然后再把坩埚或蒸发皿放在隔板上，盖紧缸盖.玻璃缸里的空气，因它所含的水蒸气被浓硫酸所吸收而变得十分干燥，这样，就能使坩埚或蒸发皿里的物质一直保持干燥。

3、浓硫酸对有机物的脱水作用

【28】有些有机化合物（例如纤维素、糖、淀粉等，在第四册要详细讨论）是由碳、氢、氧三种元素组成的。这类有机化合物遇浓硫酸时，成分里的氢、氧两元素按照水的组成（即按照2个原子氢和1个原子氧的比）被浓硫酸吸收掉。这种作用，叫做有机物的脱水作用。有机物经脱水后就变成为炭（因为这时它成分里只剩下碳一种元素了)，我们称这种作用为“碳化”。例如，在蔗糖（它的分子式是）里加入浓硫酸，不久，蔗糖被浓硫酸脱水而变成焦黑色的炭，反应的化学方程式是：

【山注，C_{12}H_{22}O_{11}\mathop{=\!=}\limits^{浓硫酸}12C+11H_2O】

【29】浓硫酸对有机物的脱水作用，还可以从下面的实验清楚地观察到。先用稀硫酸在普通的纸（它大部分是由纤维素组成的）上写好字，然后在酒精灯火焰的上方（要隔开相当距离）慢慢烘干。这时，稀硫酸由于水分蒸发而逐渐浓缩，变成浓硫酸，纸上写字的地方因碳化而变成焦黑，原来写的字迹就清楚地显现出来（图2-12）。

【30】由于浓硫酸对有机物的强烈的脱水作用，如果皮肤上不慎沾着了浓硫酸，就会引起严重的烫伤。所以，应该尽快地用大量的水或稀的碳酸氢钠溶液来冲洗。

【31】浓硫酸溅在衣服上，也会使织物碳化而变成许多小孔。有时在衣服上溅着了稀硫酸，当时并不察觉到，但当干了时，由于水分的蒸发，衣服上的硫酸变浓，也会产生许多小孔。因此在使用硫酸（即使是稀硫酸）时，必须十分小心。

硫酸的用途

【32】硫酸是基本化学工业中最重要的产品之一，它有着极为广泛的用途。

【33】硫酸的各种用途，和它的性质是密切相联系的。

【34】硫酸是工业用酸中最廉价的一种，它的酸性很强，但挥发性很小。利用硫酸跟金属或金属氧化物的反应，可以制造许多有实用价值的硫酸盐。例如，硫酸铜、硫酸锌、硫酸亚铁等。

【35】在金属加工和金属制品进行电镀以前，常用硫酸来清除金属表面的氧化物。

【36】利用硫酸的不挥发性，可以从它制得许多其他的酸。例如§1-4讲到用硫酸跟食盐反应可以制得盐酸【山注，2-1-04第12~21段，传送门CV20935257】；§1-8讲到用硫酸跟萤石（氟化钙）反应可以制得氢氟酸【山注，2-1-08第14段，传送门CV20964996】；§2-2讲到用硫酸跟硫化亚铁反应可以制得氢硫酸等【山注，2-2-02第16/17段，传送门CV21470241】。

【37】硫酸是制造化学肥料的重要原料之一，它能够使不溶性的天然磷灰石转变成为容易被植物吸收的过磷酸钙（一种重要的磷肥，详见§5-10）；它还用来吸收氨或跟氨水反应（详见§5-2）以制造硫酸铵（一种重要的氮肥，商业上称做“肥田粉”）。每年用在生产化学肥料上的硫酸，数量是十分巨大的。

【38】硫酸具有强烈的吸水性，在实验室里和工业上常利用它来干燥气体。在制造炸药、赛璐路、染料等时，要用浓硫酸做脱水剂，吸去化学反应过程里生成的水，使反应顺利地进行。

【39】浓硫酸具有强氧化性，它对有机物质有破坏作用，浓硫酸跟油类里的有机杂质反应后，生成不溶于油也不溶于硫酸的物质，因此，浓硫酸可以用来精炼石油和植物油。

【40】另外，在制糖、制革以及其他许多工业中，也都需要用到硫酸。

【41】硫酸的用途是这样广泛，因此，在基本化学工业中，它是居首要地位的。

硫酸盐

【42】硫酸盐除硫酸钡、硫酸铅外都能溶解于水（硫酸钙和硫酸银微溶于水，参看第一册第五章附表1）【山注，1-5-08附表1，传送门CV20862412】，硫酸盐的用途很广，下面我们介绍几种重要的硫酸盐的用途：

1、硫酸钠

【43】商业上称做芒硝，带有10个分子的结晶水：，在医药上用作泻药。无水的硫酸钠大量用在玻璃工业上。

2、硫酸镁

【44】商业上称做泻盐或苦盐，带有7个分子的结晶水：，主要也是在医药上用作泻药.

3、矾

【45】许多金属如铜、铁、锌等的含有结晶水的硫酸盐称为矾：

【46】(1)胆矾：是蓝色晶体。农业上用它来扑灭各种害虫【用硫酸铜、生石灰和水配制成的波尔多液，可以防止棉花的叶斑病和叶跳虫等】；木材在硫酸铜溶液里浸过后可以防止腐烂；在工业上用它提炼纯铜、镀铜以及制造各种铜的化合物。

【47】(2)绿矾：是淡绿色结晶。在农业上也用来扑灭害虫【主要用来防治果园中的病虫害】；它也用于木材防腐；在工业上用来制造蓝黑墨水、普鲁士蓝（一种蓝色颜料，用于制造油漆）等。

【48】(3)皓矾：是无色晶体.在工业上也用于木材防腐，制造白色颜料（例如锌白即氧化锌）等，在医药上用以配制眼药水。

硫酸和硫酸盐的检验法

【49】检验溶液里的硫酸或硫酸盐，也要分两步进行：第一步在溶液中加入氯化钡（或硝酸钡）溶液，如果溶液里有硫酸或硫酸盐存在，立刻就会有白色的硫酸钡沉淀产生。例如：

【山注，\begin{eqnarray}&&H_2SO_4+\mathop{BaCl_2}\limits_{氯化钡}=\mathop{BaSO_4↓}\limits_{硫酸钡}+2HCl\\&&Na_2SO_4+\mathop{BaCl_2}\limits_{氯化钡}=\mathop{BaSO_4↓}\limits_{硫酸钡}+2NaCl\end{eqnarray}】

【50】但是，某些可溶性盐类（例如碳酸盐、亚硫酸盐等）的溶液在加入氯化钡溶液时，也会有白色沉淀（碳酸钡、亚硫酸钡）生成。例如：

【山注，\begin{eqnarray}&&Na_2CO_3+BaCl_2=BaCO_3↓+2NaCl\\ &&Na_2SO_3+BaCl_2=BaSO_3↓+2NaCl\end{eqnarray}】

【51】因此，要确定溶液里存在着的是否硫酸盐，还必须进行第二步检验。

【52】第二步检验是在生成沉淀的液体里加入稀盐酸或稀硝酸。因为硫酸钡不仅不溶于水，而且不溶于稀酸中，但碳酸钡、亚硫酸钡在加入稀酸时，白色沉淀立刻溶解：

【山注，\begin{eqnarray}BaCO_3+2HCl=BaCl_2+CO_2↑+H_2O\\ BaSO_3+2HCl=BaCl_2+SO_2↑+H_2O\end{eqnarray}】

【53】因此，当加入稀酸后，如果白色沉淀不溶解，就能证明溶液里确实存在着硫酸盐（如果被检验的物质是硫酸，那就只要进行第一步就可以了，因为在第一步反应中，本身就有稀酸的生成，所以不必再加进稀盐酸或稀硝酸以试验生成的沉淀是否溶解）。

习题2-4

1、从硫酸的分子式计算硫酸里各元素的百分组成。

2、怎样检定瓶中的硫酸是浓硫酸还是稀硫酸？

3、为什么只能用浓硫酸来制造盐酸，而不能用盐酸来制造硫酸？

4、把火柴梗在浓硫酸里浸过后取出，会有什么现象发生？试解释之。

5、用同样重量的锌跟稀硫酸反应或跟稀盐酸反应，如果所取两种酸的重量相同，问生成的氢气哪个比较多？不经计算来回答这个问题。[提示，比较锌跟硫酸，锌跟盐酸反应的化学方程式]

6、用两种不同的方法来区别亚硫酸的溶液和稀硫酸的溶液。

7、为什么说浓硫酸跟铜的反应是一个氧化-还原反应？哪一种物质是氧化剂？哪一种物质是还原剂？

8、为么什【山注，此处笔误，应为“为什么”】稀硫酸和铜不会发生反应？[提示，要从两方面来回答这个问题：(1)铜在金属活动顺序表里的位置，(2)稀硫酸没有氧化性]