硫酸和磷酸能生成什么?
作者:訪客發布時間:2021-07-14分類:催化劑及助劑瀏覽:250
可以,很多需要濃硫酸催化或者作為反應物的有機化學反應,濃硫酸都可以用濃磷酸代替,用濃磷酸代替濃硫酸具有下列優點:
1、相對濃硫酸的較強氧化性,濃磷酸幾乎不顯氧化性,反應物碳化的副反應少,也不會生成SO2等還原副反應產物。
2、使用濃磷酸比濃硫酸相對安全,冷濃磷酸對皮膚的腐蝕性較小,85%濃磷酸與水、乙醇等混合時,放出的熱量遠少于98%濃硫酸(但也有明顯的放熱),不容易發生暴濺等事故。
3、濃硫酸列入易制毒化學品進行管制,采購流程和藥品管理較為麻煩,應節約使用,可能時使用濃磷酸替代是一個較好的方法。
但使用濃磷酸代替濃硫酸也有下列缺點:
1、濃磷酸酸性明顯弱于濃硫酸,對有機物質子化的能力弱,很多情況下濃磷酸的用量(體積或者質量)要用到濃硫酸的1.5—2倍,才能有較好的催化或者反應效果。
2、市售85%濃磷酸含有較多的水,如果按照物質的量比(摩爾比)計算,H3PO4 : H2O可近似1:1,導致市售85%濃磷酸的吸水性和脫水性明顯下降,在某些需要強脫水能力的環境可能不合適。
3、濃磷酸在加熱到較高溫度時,對一般的玻璃儀器表面有明顯的侵蝕作用,對于質量欠佳殘留內應力的玻璃儀器,玻璃儀器突然破裂的可能性增大,要謹防這種情況的發生。
下面舉幾個用濃磷酸代替濃硫酸作為催化劑的有機合成實例:
1、乙酸乙酯的合成
在100ml圓底燒瓶中依次加入15ml 95%乙醇、10ml冰醋酸和5ml 85%濃磷酸,混合均勻后投入2—3粒沸石,安裝好回流冷凝管,用酒精燈、電爐或者電熱套加熱回流30min。冷卻后拆下回流冷凝管,再補加2—3粒沸石,改成蒸餾裝置,重新加熱,收集沸點不高于72℃—75℃的餾分,餾分主要成分是乙酸乙酯、乙醇和水的三元或者二元共沸物。將餾出物用飽和碳酸鈉溶液洗滌兩次除去微量乙酸,同時也除去一部分乙醇和水,即得粗乙酸乙酯。如果將粗乙酸乙酯再依次用飽和食鹽水和飽和氯化鈣溶液洗滌,加入無水硫酸鈉或者無水硫酸鎂干燥,最后蒸餾即可得精制乙酸乙酯。
如果用中學化學實驗的方法,可用φ18mm×180mm或者φ25mm×200mm的大試管,依次加入6ml 95%乙醇、4ml冰醋酸和2ml 85%濃磷酸,混合均勻,加入2—3粒沸石,用中學化學實驗中制取乙酸乙酯的裝置,將長導氣管插入浸入冷水的空小試管中,但不要插入過深。用酒精燈小火加熱大試管,使得大試管中的反應物平穩微沸(切勿沸騰過于劇烈,如果有條件,可將大試管改為水浴加熱)一段時間,待小試管中收集到5ml以上冷凝液后停止加熱。將小試管中的冷凝液每次用3ml左右飽和碳酸鈉溶液洗滌兩次,即得粗乙酸乙酯。
2、溴乙烷的制取
中學化學的傳統實驗方法是在大試管中將2ml乙醇、2ml水和4ml 98%濃硫酸混合冷卻后,加入3g研細的無水NaBr或者4g研細的KBr,隔著石棉網小火加熱大試管,生成的氣體通入浸在冰水中的U形管中冷凝得到溴乙烷。
這一方法制取的粗溴乙烷經常帶有明顯的橙黃色,系濃硫酸氧化性導致以下副反應所致:
2HBr + H2SO4 = Br2↑ + SO2↑ + 2H2O
如果用85%濃磷酸代替濃硫酸,則反應物中切不可再加水,并將濃磷酸用量增大到6ml—8ml,也就是在大試管中直接將2ml乙醇與6ml—8ml濃磷酸混合后,加入3g研細的無水NaBr或者4g研細的KBr,隔著石棉網小火加熱大試管,生成的氣體同樣通入浸在冰水中的U形管中,冷凝后同樣可以得到溴乙烷。
這一實驗方法制取的溴乙烷可能產率稍低,但基本是不帶橙黃色的無色透明液體。
如果用大學化學的實驗方法,只要不在反應物中額外加水,并將85%濃磷酸的用量(體積)增加到98%濃硫酸的1.5—2倍,同樣可以收到可以接受的實驗效果,注意NaBr要用無水NaBr,有些試劑NaBr是帶有結晶水的NaBr·2H2O,也可用KBr代替NaBr。
3、環己烯的制備
很多大學有機化學實驗教材上均有此實驗,環己醇脫水制備環己烯,使用98%濃硫酸或者85%濃磷酸作為催化劑的均有,使用85%濃磷酸作為催化劑的優點是不生成碳渣和SO2氣體,但用量(體積)要用到濃硫酸的2倍,實驗過程可以參見相關大學有機化學實驗教材,這里就不再詳述了。
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