濃硫酸(H?SO?)具有多種化學性質,其中吸水性和脫水性學生最為陌生,也常常傻傻分不清。這兩種性質在微觀層面上有著本質的不同。濃硫酸的吸水性吸水性是指濃硫酸能夠吸收環境中的水分或結晶水合物中的水分子。這種性質使得濃硫酸可以作為有效的干燥劑,用于去除氣體或固體中的水分。為什么濃硫酸與水有著如此強烈的結合作用?都說結構決定性質,下面我們就來看看硫酸分子的結構吧!
從微觀層面,H?SO?分子中S原子與O原子形成高極性共價鍵,分子整體極性極強。濃硫酸中的H?SO?分子通過極性吸引力與H?O分子形成大量氫鍵,這種作用使水分子被牢牢“固定”在硫酸分子周圍。
硫酸吸水雖然主要表現為物理吸附,但一般認為同時還會與水發生放熱的化學反應,生成一系列穩定的水合物(H?SO?·H?O、H?SO?·2H?O等):H?SO?+nH?O=H?SO?·nH?O ΔH<0這些水合物的形成釋放大量熱量。這可以解釋為什么濃硫酸稀釋時會放熱以及將水傾入濃H?SO?中會因為產生巨大熱量而導致劇烈沸騰。濃硫酸的脫水性脫水性是指濃硫酸將有機物中的H和O以原子個數2:1的比例脫去,生成游離的碳原子和水分子的過程,這個過程通常也被稱為碳化。在微觀層面,濃硫酸與有機物(如蔗糖C??H??O??)接觸時,會破壞有機物的分子結構,將其分解為碳(C)、水(H?O)和其他副產物。例如,蔗糖在濃硫酸的作用下會被脫水,生成黑色的炭,并釋放出水蒸氣。
一般認為,碳化的過程是由于濃硫酸中有少部分電離(或自偶電離)的H?(或自偶電離產生的H3SO4?),會優先攻擊有機物中的羥基(-OH)或含氧基團,使其被H?質子化,形成不穩定的中間體,降低脫羥基的活化能,促使化學鍵斷裂。之后中間體(或與周圍碳鏈中的氫結合)釋放水分子。濃硫酸通過化學反應,將有機物中的H和O按2:1的比例結合為水分子。 脫去水分后,有機物因失去H和O而殘留下C骨架,從而表現為碳化變黑。對于初中教學而言,新課程標準的要求很低,沒有對濃硫酸的性質做出明確要求。教師若有余力可對學生簡要介紹濃硫酸的這兩種性質。對能力較強的學生,可大致了解吸水性與脫水性的區別,即“原本有水的為吸水;原本沒水的為脫水”。