23.1 硫酸的用途

P. 1 / 46

P. 2 / 46

P. 3 / 46

23.1 硫酸的用途23.1 硫酸的用途硫酸的用途廣泛，可用來製造多種不同的產品。

圖 23.1 硫酸的各種用途

P. 4 / 46

23.1 硫酸的用途23.1 硫酸的用途

製造肥料

硫酸的主要用途是製造肥料。

硫酸銨是一種常用的氮肥，製造原料包括氨和硫酸。

P. 5 / 46

製造非皂性清潔劑非皂性清潔劑是由精煉石油所得的烴先與濃硫酸

反應，再與氫氧化鈉反應製成。


圖 23.2 非皂性清潔劑

P. 6 / 46


製造油漆添加劑硫酸亦用於製備硫酸鋇和硫酸鈣，這些化學品會

用作油漆添加劑。

P. 7 / 46

製造硫酸二氧化硫的主要用途是作為生產硫酸的中介體。

二氧化硫是常用的工業漂白劑，可以漂白羊毛、絲綢、紙張及其他易損壞的物料。

23.2 二氧化硫的用途23.2 二氧化硫的用途

作為工業漂白劑

P. 8 / 46

作為防腐劑許多食品（如果汁和乾果）都以二氧化硫作為防

腐劑。

23.2 二氧化硫的用途23.2 二氧化硫的用途

圖 23.3 二氧化硫可作為這些食品的防腐劑

P. 9 / 46

採用接觸法可大量製造廉價的硫酸。23.3 硫酸的製造 ─ 接觸法23.3 硫酸的製造 ─ 接觸法

圖 23.4 接觸法的流程圖

燃燒室淨化器和乾燥器

吸收塔稀釋室儲存器催化反應室(450 °C ，常壓 )

硫

空氣

二氧化硫

空氣

三氧化硫發煙

硫酸

98%

硫酸

水

98% 硫酸

淨化器和乾燥器

P. 10 / 46

二氧化硫的製備及提純

製備二氧化硫的原料包括硫和硫礦石，例如黃鐵礦（ FeS2 ）和閃鋅礦（ ZnS ）。

23.3 硫酸的製造 ─ 接觸法23.3 硫酸的製造 ─ 接觸法

P. 11 / 46


4FeS2(s) + 11O2(g) 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)4FeS2(s) + 11O2(g) 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)

S(s) + O2(g) SO2(g)S(s) + O2(g) SO2(g)

二氧化硫的製備及提純

在空氣中燃燒硫或燒硫礦石可製得二氧化硫。

P. 12 / 46

把二氧化硫轉化為三氧化硫

在常壓和 450 oC 下，把二氧化硫和空氣通過催化劑。


可使用鉑（ Pt ）或氧化釩 (V) （ V2O5 ）作為催化劑。

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

三氧化硫的產量百分比為 98% 。

P. 13 / 46

把三氧化硫轉化為硫酸

在吸收塔內，三氧化硫會溶於 98% 的硫酸中，形成發煙硫酸（ H2S2O7 ）。


H2SO4(l) + SO3(g) H2S2O7(l)H2SO4(l) + SO3(g) H2S2O7(l)

P. 14 / 46

把三氧化硫轉化為硫酸發煙硫酸經適量的水稀釋後，便形成 98% 硫酸。


H2S2O7(l) + H2O(l) 2H2SO4(l)H2S2O7(l) + H2O(l) 2H2SO4(l)

三氧化硫與水的反應非常劇烈。如果把它直接溶於水，會釋出大量熱能，並形成硫酸霧，阻礙了溶解過程。

P. 15 / 46

由於濃硫酸具有氧化和脫水性質，因此它的腐蝕性很強。

23.4 濃硫酸的性質23.4 濃硫酸的性質

P. 16 / 46


濃硫酸是強氧化劑，在反應過程中它被還原為二氧化硫（ SO2 ），硫的氧化數由 +6 降至 +4 。

濃硫酸的氧化性質

2H2SO4(l) + 2e– SO4

2–(aq) + SO2(g) + 2H2O(l)

2H2SO4(l) + 2e– SO4

2–(aq) + SO2(g) + 2H2O(l)+6 +4

P. 17 / 46


熱的濃硫酸可以氧化大部分金屬。例如，它可與鋅和銅反應，生成二氧化硫氣體。

氧化金屬

銅的氧化作用的半反應式是：Cu(s) Cu2+(aq) + 2e– ……………………(i)

濃硫酸的還原作用的半反應式是：

2H2SO4(l) + 2e–

SO42–(aq) + SO2(g) + 2H2O(l)…………..(ii)


P. 18 / 46


把上述兩個半反應式合拼，便得到濃硫酸與銅的氧化還原反應的平衡方程式：

(i)+(ii) Cu(s) + 2H2SO4(l)

CuSO4(aq) + SO2(g) + 2H2O(l)

氧化金屬濃硫酸的氧化性質

熱的濃硫酸可以氧化大部分金屬。例如，它可與鋅和銅反應，生成二氧化硫氣體。

P. 19 / 46

23.4 濃硫酸的性質23.4 濃硫酸的性質濃硫酸的氧化性質

圖 23.5稀硫酸和濃硫酸與鋅的反應

圖 23.6稀硫酸和濃硫酸與銅的反應

氧化金屬

P. 20 / 46


熱的濃硫酸可以氧化非金屬，例如碳和硫。

氧化非金屬

C(s) + 2H2SO4(l) CO2(g) + 2SO2(g) + 2H2O(l) C(s) + 2H2SO4(l) CO2(g) + 2SO2(g) + 2H2O(l)0 +4

S(s) + 2H2SO4(l) 3SO2(g) + 2H2O(l)S(s) + 2H2SO4(l) 3SO2(g) + 2H2O(l)0 +4


P. 21 / 46


濃硫酸對水的吸力極強。它可除去化合物中的結晶水或水的成分元素，所以濃硫酸是一種脫水劑。

濃硫酸的脫水性質

P. 22 / 46


濃硫酸除去了晶體中的結晶水。

對水合硫酸銅 (II) 晶體的作用

CuSO4 5H2O(s) CuSO4(s) + 5H2O(l)

CuSO4 5H2O(s) CuSO4(s) + 5H2O(l)

藍色白色

濃硫酸


P. 23 / 46


圖 23.7濃硫酸除去了水合硫酸銅 (II) 晶體的水分

濃硫酸的脫水性質對水合硫酸銅 (II) 晶體的作用

P. 24 / 46


濃硫酸除去化合物中水的成分元素（即氫和氧）。

對糖晶體的作用

C12H22O11(s) 12C(s) + 11H2O(g)

C12H22O11(s) 12C(s) + 11H2O(g)

白色黑色

濃硫酸


P. 25 / 46


圖 23.8把濃硫酸加在糖晶體上時，白色的糖會變成深啡色，繼而變成黑色

濃硫酸的脫水性質對糖晶體的作用

濃硫酸

糖晶體

P. 26 / 46


濃硫酸把糖晶體中的氫和氧原子移去。反應中有水和碳生成。

生成的水變成水蒸氣，令黑色的碳粒子發大如鬆軟的蛋糕一樣。


P. 27 / 46


圖 23.8 把濃硫酸加在糖晶體上時，白色的糖會變成深啡色，繼而變成黑色


濃硫酸

糖晶體

碳

P. 28 / 46


濃硫酸可除去所有碳水化合物如紙張、木材以至我們皮膚的水分。

對紙的作用

(C6H10O5)n(s) 6nC(s) + 5nH2O(g)

(C6H10O5)n(s) 6nC(s) + 5nH2O(g)

纖維素

濃硫酸


P. 29 / 46


圖 23.9濃硫酸把組成紙的纖維素脫水後剩下碳

濃硫酸的脫水性質對紙的作用

P. 30 / 46


濃硫酸常被用作乾燥劑，用來弄乾氫氣、二氧化硫氣體、氯氣和其他酸性氣體。

濃硫酸作為乾燥劑

圖 23.10

讓氣體流經濃硫酸，令它變乾

P. 31 / 46


稀釋濃硫酸時，必須慢慢地把濃硫酸加入大量水中，並不斷攪拌。

稀釋濃硫酸

圖 23.11稀釋濃硫酸時應把濃硫酸慢慢加入大量水中，並不斷攪拌

P. 32 / 46


如果把水加入濃硫酸中，釋出的熱能會令水變成水蒸氣，使酸的微滴從容器濺出。

稀釋濃硫酸

P. 33 / 46

在工業上，一般採用在空氣中燃燒硫的方法製備二氧化硫。

23.5 二氧化硫的性質23.5 二氧化硫的性質

S(s) + O2(g) SO2(g)S(s) + O2(g) SO2(g)

P. 34 / 46

二氧化硫溶液的漂白作用二氧化硫氣體溶於水時，會與水反應，生成亞硫

酸。


SO2(g) + H2O(l) H2SO3(aq)SO2(g) + H2O(l) H2SO3(aq)亞硫酸

二氧化硫溶液能漂白是因為亞硫酸根離子（來自亞硫酸）的還原作用。

P. 35 / 46

亞硫酸根離子（ SO32–(aq) ）可移去有色染料的

氧，令染料變成無色。


SO32–(aq) + 染料 SO4

2–(aq) + (染料 – O)

SO32–(aq) + 染料 SO4

2–(aq) + (染料 – O) 無色無色無色有色

二氧化硫溶液的漂白作用

P. 36 / 46

23.5 二氧化硫的性質23.5 二氧化硫的性質二氧化硫溶液的漂白作用

圖 23.14 濕潤的二氧化硫對花朵的漂白作用

二氧化硫

水

花朵被漂白

P. 37 / 46

二氧化硫漂白劑的漂白作用並不持久，被漂白的物質會在空氣中慢慢被氧化，這就是舊報紙變黃的原因。


圖 23.13

舊報紙（右）會變黃

二氧化硫溶液的漂白作用

P. 38 / 46

二氧化硫溶液的還原性質

二氧化硫溶液是良好的還原劑。


這是因為其溶液中的亞硫酸根離子具還原性質。

在氧化還原反應中，亞硫酸根離子會被氧化成硫酸根離子。

SO32–(aq) + H2O(I) SO4

2–(aq) + 2H+(aq) + 2e– SO32–(aq) + H2O(I) SO4

2–(aq) + 2H+(aq) + 2e–+4 +6

P. 39 / 46

表 23.1 二氧化硫溶液的還原作用

可見現象離子方程式SO2 / SO3

2– 與下列物質的反應


MnO4–(aq) / H+(aq)

Cr2O72–(aq) / H+(aq)

5SO32–(aq) + 2MnO4

–(aq) + 6H+(aq) 5SO4

2–(aq) + 2Mn2+(aq) + 3H2O(l)

3SO32–(aq) + Cr2O7

2–(aq) + 8H+(aq) 3SO4

2–(aq) + 2Cr3+(aq) + 4H2O(l)

紫色無色

橙色綠色

P. 40 / 46

表 23.1 二氧化硫溶液的還原作用

可見現象離子方程式SO2 / SO3

2– 與下列物質的反應


Fe3+(aq)

Br2(aq) SO32–(aq) + H2O(I) + Br2(aq)

SO42–(aq) + 2H+(aq) + 2Br–(aq)

SO32–(aq) + H2O(I) + 2Fe3+(aq)

SO42–(aq) + 2H+(aq) + 2Fe2+(aq)

橙 / 棕色無色

黃色淺綠色

P. 41 / 46

23.6 二氧化硫的檢驗23.6 二氧化硫的檢驗二氧化硫氣體具令人窒息的獨特氣味。可用經酸化重鉻酸鉀溶液浸濕的濾紙作檢驗。

Cr2O72–(aq) + 3SO2(g) + 2H+(aq)

2Cr3+(aq) + 3SO42– (aq) + H2O(l)

Cr2O72–(aq) + 3SO2(g) + 2H+(aq)

2Cr3+(aq) + 3SO42– (aq) + H2O(l)

橙色

綠色

二氧化硫氣體把濾紙由橙色變成綠色。

P. 42 / 46

23.6 二氧化硫的檢驗23.6 二氧化硫的檢驗

圖 23.15二氧化硫把經酸化重鉻酸鉀溶液浸濕的濾紙由橙色變成綠色

P. 43 / 46

把亞硫酸鹽和稀酸混合，一起加熱，會生成二氧化硫。

23.7 稀酸對亞硫酸鹽的作用23.7 稀酸對亞硫酸鹽的作用

Na2SO3(s) + 2HCl(aq)

2NaCl(aq) + SO2(g) + H2O(l)

Na2SO3(s) + 2HCl(aq)

2NaCl(aq) + SO2(g) + H2O(l)

以亞硫酸鈉與稀氫氯酸的反應為例：

P. 44 / 46

23.7 稀酸對亞硫酸鹽的作用23.7 稀酸對亞硫酸鹽的作用由於二氧化硫的密度比空氣的高，可用向下導

氣法收集。

圖 23.16

在實驗室內製備二氧化硫

P. 45 / 46

23.8 比較二氧化硫溶液和次氯酸根離子的漂白作用23.8 比較二氧化硫溶液和次氯酸根離子的漂白作用

表 23.2 比較二氧化硫溶液和次氯酸根離子的漂白作用

二氧化硫溶液次氯酸根離子

透過還原作用漂白物料

漂白作用較慢和溫和

漂白作用並不持久，在一段時間後物料會回復原來的顏色

透過氧化作用漂白物料

漂白作用較快和強烈

漂白作用較持久

1. 原料的供應

P. 46 / 46

為新化工廠選址時，須考慮下列各項因素：23.9 選擇化工廠的地點23.9 選擇化工廠的地點

2. 可靠的電力和燃料供應3. 可靠的供水4. 良好的交通網絡5. 勞工6. 土地成本7. 對環境的影響

Documents

23.1 硫酸的用途