原材料“硫酸与对甲苯磺酸”的性能和用途

硫酸

(sulfuric acid;oil of vitrol)分子式H2SO4,相对分子质量98.07。工业硫酸泛指SO3与H2O以任何分子比结合的物质,不同分子比组成各种不同浓度的硫酸。

市场上将浓度为98%左右的浓硫酸为“九八酸”,把20%发烟硫酸称为“104.5%酸”,简称“105酸”。由于含20%游离的SO3的发烟硫酸每100kg折算为100%硫酸104.5kg,也就是说每100kg20%的发烟硫酸,加入4.5kg水后可获得100%的硫酸104.5kg。纯硫酸(无水硫酸)是无色、无臭、透明而黏稠的油状液体,呈强酸性;市售的工业硫酸,颜色从无色到微黄色,甚至红棕色。98%硫酸在20℃时的相对密度为1.8365,93%硫酸钠则为1.8276,在浓度高于98%时,相对密度又下降,100%硫酸的相对密度(20℃)为1.8305。

发烟硫酸的相对密度则随着SO3含量的增加而上升,当游离SO3的含量达到62%时,相对密度最大,然后又逐渐下降。硫酸的结晶温度随着H2SO,含量的不同而变化,但无规律性:92%硫酸的结晶温度为-25.6℃,93.3%硫酸的结晶温度最低,为一37.85℃,98%硫酸为0.1℃,100%无水硫酸则为10.45℃,20%发烟硫酸为2.5℃,65%发烟硫酸一0.35℃。硫酸的沸点,当含量在98.3%以下时是随着浓度的升高而升高的,98.3%硫酸的沸点最高,为338.8℃,高于98.3%浓度的硫酸,其沸点则下降。发烟硫酸的沸点,随着游离SO3的增加,由279.6℃逐渐降到44.7℃,当硫酸溶液蒸发时,它的浓度不断增高,直到98.3%后保持恒定,不再继续升高,浓硫酸在蒸发过程中会放出大量酸雾;发烟硫酸能游离出SO3蒸气,与空气中的水分结合成白色酸雾,故称发烟硫酸。

硫酸与水可以按任何比例混合,混合时能放出大量的热;浓硫酸有很强的吸水能力,也有很强的腐蚀性。硫酸是无机强酸,化学性很活泼,既具有酸的通性,也具有一些特殊性。而浓酸和稀酸的性质又有差别。主要有如下的化学性质:与碱类起中和反应,生成各种硫酸盐。硫酸沸点高,与沸点低的酸所组成的盐共热时,起复分解反应,把沸点低的酸逐出。浓硫酸是一种强氧化剂,与碳、硫等共热时,碳能被氧化成二氧化碳,硫被氧化成二氧化硫。能与金属和金属氧化物作用。直接和金属反应生成该金属的硫酸盐:浓硫酸在高温时能使铜、银等金属氧化成金属氧化物,这种金属氧化物常溶解在过量的硫酸中而成硫酸盐;浓硫酸与氢位前的金属反应,能被还原成SO2、S甚至H2S;稀硫酸无氧化性,不能溶解铜和银,但与锌铁、铁等金属反应,被置换出氢并生成硫酸盐;铁与稀硫酸会反应,但浓硫酸对金属铁有纯化作用;铅能耐稀硫酸,但不能耐浓硫酸,浓硫酸和稀硫酸均能和金属氧化物反应生成盐和水。

浓硫酸和水有强烈的结合作用,不但能直接吸水,且能从碳水化合物中分离出氢、氧元素,按水的组成比脱水,只留下碳元素,因而使有机物焦化。在硫酸(或硫酸盐)的水溶液中加可溶性锁盐,如氯化锁或硝酸顿,使产生白色硫酸钥沉淀。硫酸能使有机物起磺化作用。

硫酸常作为混凝土减水剂生产时的磺化剂或催化剂使用,例如在聚羧酸反应性大单体酯化反应时作为催化剂使用。

对甲苯磺酸

对甲苯磺酸分子式CH8O3S,相对分子质量172.20,亦称为4-甲基苯磺酸。为白色柱状或单斜片状结晶,熔点106~107℃,沸点140℃/2.67kPa。

易溶于水(100ml水可溶解67g),溶于乙醇和乙D,难溶于苯和甲苯。对甲苯磺酸常以一水或四水合物形态存在。对甲苯磺酸的一水合物,其熔点103~106℃,沸点140℃/3.6kPa。对甲苯磺酸在聚羧酸大单体制备过程中可用做酯化反应催化剂,催化效率高于浓硫酸,且较硫酸氧化性小,制备的产品颜色较浅,但在低温储存时,对甲苯磺酸钠易结晶析出。

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