【元素家族——連載104】化學的代名詞：硫酸

硫酸是每一個化學實驗室必備的藥品，一個即使對化學一無所知的人，也絕不會不知道有硫酸這種危險的東西。在大眾腦海里，硫酸簡直就是化學的代名詞！

確實，即使在實驗室里，專業的化學工作者面對硫酸也需要小心謹慎。它的腐蝕能力超強，日常生活中的物品沒有幾樣它不能被它腐蝕的。不小心將濃硫酸滴在衣服上，瞬間就會破洞；食物放到濃硫酸里會冒泡，最後剩下一坨黑乎乎的碳；除了聚四氟乙烯、高密度聚乙烯之外的大部分塑料碰到硫酸也會融化掉；一些較活潑的金屬——如鐵、鋁——就更不在稀硫酸的話下了；一些面對其他酸較遲鈍的金屬——如銅、汞——碰到濃硫酸，會被直接氧化掉，釋放出刺鼻的二氧化硫氣體。

【硫酸有危險，操作需謹慎。】

一般把70%濃度以上的硫酸叫做濃硫酸，最常用的濃硫酸濃度為98%，這是一種很重的粘稠液體，密度是水的1.814倍。因此任何一本化學教材都告訴學生：只能把濃硫酸緩緩倒入水中，而不能反過來，否則水滴將在濃硫酸的表面上演激情似火的舞蹈。

【稀釋濃硫酸的正確方法，如果要按照中國教材，還需要加一根玻璃棒不斷攪拌。】

濃硫酸中的水分很少，因此硫酸在其中難以電離成水合氫離子，這時候硫酸主要表現出它的強氧化性、吸水性和脫水性能。

初中化學課本上的金屬活動性順序表這樣排列：鉀鈣鈉鎂鋁鋅鐵錫鉛氫銅汞銀鉑金，並告訴我們排在氫之後的金屬是不活潑金屬，不能和酸發生置換反應。對於濃硫酸來說，銅也好，水銀也好，都是小菜一碟，統統氧化。

【紅色的銅片（左）在濃硫酸里煮沸，會被氧化生成藍色的硫酸銅溶液（右）和二氧化硫。】

把濃硫酸敞開放置，瓶內的液體逐漸變多，也變得更稀了。這是因為饑渴的濃硫酸具有超強的吸水性，它隨時隨地搜尋水分子。這個性能讓它經常在實驗室用來乾燥氣體，要注意的是，硫酸畢竟是有酸性和氧化性的，不能用來乾燥氨氣等鹼性氣體，也不能用來乾燥硫化氫、溴化氫等還原性氣體。

【用濃硫酸乾燥氣體的裝置。】

可以做這樣的經典實驗：白糖變黑雪，將濃硫酸倒入白花花的糖中，立刻一陣煙霧冒出，然後就剩下一坨黑色的殘渣。碳水化合物中的碳留下，氫和氧都被濃硫酸當做水奪過去了。衣物之所以碰到濃硫酸被燒個洞，也是類似的道理，織物中的主要成分是纖維素，也是一種碳水化合物；紙張也是一樣，主要成分是木纖維，還是碳水化合物。

【白糖變黑雪實驗。】

膽礬中的結晶水也會被濃硫酸「脫」出來，變成白色的無水硫酸銅。

這裡需要注釋一下，吸水和脫水是不一樣的，吸水指的是吸收遊離的水分子，是物理反應；而脫水是將化合物中的氧和氫按照水的比例脫離出來，是化學反應。結晶水合物是被硫酸「脫水」，這個反應也是化學反應。咬文嚼字的高考命題者會出這樣生僻的題目，高中同學們不要弄錯哦。

【膽礬（五水硫酸銅）是藍色的，被濃硫酸奪取結晶水以後變成白色的無水硫酸銅。】

看似濃硫酸非常暴虐，但是當它碰到一些活潑金屬，比如鐵、鋁的時候，又變得「暖男」起來。它的強氧化性會讓金屬表面迅速生成一層保護性的氧化膜，阻止了進一步的氧化，所以濃硫酸可以用於金屬的化學鈍化。

腦補一下，濃硫酸「暖暖」的對鐵、鋁說：「對你凶，是愛護你；稀硫酸對你是溫水煮青蛙。」

在網上有這麼個段子：「德國產的鋼鐵在濃硫酸中也不會腐蝕，而中國產的鋼鐵在稀硫酸中就冒泡了。」現在你應該能懂得裡面的笑點了吧？

【工人正在進行酸洗鈍化。】

據說早在4000多年前，蘇美爾人就發現硫酸了，之後的古希臘醫生迪奧斯科里基斯和古羅馬自然學家普林尼都在他們的著作中提到了硫酸，古希臘名醫伽林甚至用硫酸來給病人治病。進入中世紀以後，拜占庭統治下的希臘人開始用硫酸來冶煉金屬，硫酸也成為鍊金術士們的必備「良藥」。這些故事都被記錄在埃及古墓出土的著名的「萊頓」紙莎草書里，但都沒有製取硫酸的具體配方。

阿拉伯的老熟人吉伯也經常玩轉硫酸，由於他製取硫酸的方法被記錄下來，他被公認為硫酸的發現者。他同時代的阿拉伯鍊金術士還嘗試用硫酸來治病。（真不知道治的是哪門子的病）

【跟化學相關的紙莎草著作有兩種：萊頓紙莎草和斯德哥爾摩紙莎草。】

在中世紀及以前，人們是用加熱綠礬（硫酸亞鐵）的方法來製取硫酸。我們中國的老祖先也掌握了這種方法，並把硫酸叫做「綠礬油」。到了17世紀，德國化學家格勞伯發現可以用加熱硝酸鉀和硫磺的方法得到三氧化硫，溶於水以後就得到了硫酸。1736年，英國倫敦的沃德用這種方法開辦了第一家硫酸工廠。

10年後，英國藥劑師羅巴克嫌這種方法成本太高，而且只能在玻璃器皿里生產，他發明了更廉價、可以工業化規模生產的方法：鉛室法。這種方法可以得到65%的硫酸，後經蓋呂薩克改進可以得到78%的產品。如果你需要更高的濃度，則只有繼續乾餾，

【鉛室法制硫酸。】

1831年，英國人菲利普斯發明了接觸法制硫酸：先煅燒黃鐵礦（二硫化亞鐵），得到的二氧化硫在五氧化二釩的催化作用下被氧氣氧化，得到三氧化硫，用98.3%濃硫酸吸收三氧化硫得到焦硫酸，最後再加入適量的水得到需要濃度的硫酸。也可以用硫代替黃鐵礦，這種方法一直沿用至今，全世界所有的硫酸工廠使用的都是這種方法。

下一章我們就看看硫酸都是怎樣參與到化工生產的每一個角落，幫助我們製造出各種材料的。

【接觸法制硫酸的全過程。】