硫酸和水之间有什么联系(the Connection between Sulfuric Acid and Water)？

制备硫酸的一种方法是将三氧化硫（SO3）分子与水分子（H2O）水合。反应是SO3 H2O→H2SO4。显然，硫酸与水有密切的联系；此外，它完全溶于水。浓硫酸与水结合具有潜在的危险性，因为反应可能是剧烈的。这是因为这两种物质相互作用——...

制备硫酸的一种方法是将三氧化硫（SO3）分子与水分子（H2O）水合。反应是SO3 H2O→H2SO4。显然，硫酸与水有密切的联系；此外，它完全溶于水。浓硫酸与水结合具有潜在的危险性，因为反应可能是剧烈的。这是因为这两种物质相互作用——不仅通过一种或两种机制——而是通过一系列机制相互作用，每一种机制都会增加总能量释放量。

硫酸可以通过水化制备而成；实际上，它可以通过质子转移，这一过程被称为"自动质子分解"。这种电离反应被写为2 H2SO4→[H3SO4][HSO4]。这种现象使硫酸和水更容易形成氢键。这样，能量以热的形式进入周围的系统。

酸可溶于水。凡是有氢、氮、氧和氟原子的地方，就可能形成称为"氢键"的弱键。在硫酸的情况下，一个或两个氢离子可能离开酸与附近的水分子结合。这种带正电荷的"氢离子"（H3O）很容易形成因为水分子的氧原子提供了氢离子被吸引到的富含电子的环境中。氢离子的几何结构比水分子更对称。这使得电荷分布均匀，当硫酸和水结合时，增加了向系统中释放能量的过程。另一个由对称性辅助的能量释放是双电荷硫酸盐阴离子（SO4-2）的形成这两个自由电子可以在四个氧原子中的任何一个原子上停留。类似电荷相互排斥，因此如果它们能够逃逸到离子的外部区域，则会向系统释放能量；很明显，这种作用释放能量，而反向作用（将类似电荷聚集在一起）需要能量当硫酸和水结合在一起时，它们能起到很高的电荷屏蔽作用。通过在最里面的氢键层周围增加一层水来增加这种稳定性。基于上述原因，当浓硫酸和水混合时，必须小心。酸应该逐渐加入使水被搅拌，而不是相反。这样可以防止热量释放过多，导致突然沸腾，酸会猛烈地喷到皮肤上或眼睛里。硫酸和水的结合应用于肥料的制造、钢铁的生产、硫酸盐纸浆的漂白和汽车电池。