濃硫酸(H?SO?)具有多種化學(xué)性質(zhì),其中吸水性和脫水性學(xué)生最為陌生,也常常傻傻分不清。這兩種性質(zhì)在微觀層面上有著本質(zhì)的不同。濃硫酸的吸水性吸水性是指濃硫酸能夠吸收環(huán)境中的水分或結(jié)晶水合物中的水分子。這種性質(zhì)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(qiáng)烈的結(jié)合作用?都說結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),下面我們就來看看硫酸分子的結(jié)構(gòu)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(jià)鍵,分子整體極性極強(qiáng)。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(xiàn)為物理吸附,但一般認(rèn)為同時(shí)還會與水發(fā)生放熱的化學(xué)反應(yīng),生成一系列穩(wěn)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(shí)會放熱以及將水傾入濃H?SO?中會因?yàn)楫a(chǎn)生巨大熱量而導(dǎo)致劇烈沸騰。濃硫酸的脫水性脫水性是指濃硫酸將有機(jī)物中的H和O以原子個(gè)數(shù)2:1的比例脫去,生成游離的碳原子和水分子的過程,這個(gè)過程通常也被稱為碳化。在微觀層面,濃硫酸與有機(jī)物(如蔗糖C??H??O??)接觸時(shí),會破壞有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu),將其分解為碳(C)、水(H?O)和其他副產(chǎn)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(rèn)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(chǎn)生的H3SO4?),會優(yōu)先攻擊有機(jī)物中的羥基(-OH)或含氧基團(tuán),使其被H?質(zhì)子化,形成不穩(wěn)定的中間體,降低脫羥基的活化能,促使化學(xué)鍵斷裂。之后中間體(或與周圍碳鏈中的氫結(jié)合)釋放水分子。濃硫酸通過化學(xué)反應(yīng),將有機(jī)物中的H和O按2:1的比例結(jié)合為水分子。 脫去水分后,有機(jī)物因失去H和O而殘留下C骨架,從而表現(xiàn)為碳化變黑。對于初中教學(xué)而言,新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求很低,沒有對濃硫酸的性質(zhì)做出明確要求。教師若有余力可對學(xué)生簡要介紹濃硫酸的這兩種性質(zhì)。對能力較強(qiáng)的學(xué)生,可大致了解吸水性與脫水性的區(qū)別,即“原本有水的為吸水;原本沒水的為脫水”。
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