水倒入濃硫酸中為何不見沸騰飛濺

黃新階 熊兵

人民教育出版社出版的初中化學下冊安排了濃硫酸稀釋演示實驗。該實驗的操作方法是：“把濃硫酸沿燒杯壁緩慢地注入盛水的燒杯里……”教科書進一步描述：“如果水滴入濃硫酸中，由于水的密度比濃硫酸小，它就浮在濃硫酸上面，溶解時放出的熱能使水立刻沸騰，使硫酸液滴向四周飛濺。”

我們用密閉的錐形瓶演示時，將水通過分液漏斗滴入盛有濃硫酸的錐形瓶中，沒有見到液體飛濺現象；快速將分液漏斗中的水注入錐形瓶中，還是沒有看到液體沸騰而飛濺的現象。為此我們對該實驗進行了深入探究。

一、理論分析

一切物質溶解在水中都包含擴散和水合兩個過程。其中擴散是吸熱反應，水合是放熱反應；濃硫酸遇水溫度上升，說明硫酸分子擴散到水中吸熱比硫酸分子水合時放出的熱量少。如果要讓水沸騰，濃硫酸遇水放出的熱量必須足夠多，能讓溫度達到液體的沸點。

顯然，幾滴水滴入濃硫酸中放出的熱量十分有限，不可能產生“水沸騰致使酸液飛濺”的現象。為了證實這一判斷，我們查閱了化工詞典并進行實驗。

二、實驗數據

從化工手冊硫酸沸點曲線圖上看， 濃度為98.3%的硫酸沸點最高，為338.8℃；濃度高于98.3%的硫酸沸點下降。當硫酸濃度在 98.3%以下時，沸點隨濃度的升高而升高，濃度為10%時沸點是100℃，濃度為50%沸點約為130℃。

我們用濃度為98%的硫酸做硫酸與水混合溫度變化實驗，實驗結果如下。

三、研究結論

1.濃H2SO4與水混合時，無論酸多水少（體積）還是水多酸少，混合時最高溫度都遠低于混合液稀硫酸的沸點。

2.序號1～6的操作都是把水倒入濃H2SO4中，除了有些白霧之外，都不見“水沸騰”和“酸液四濺”的現象發生。無論酸多還是水多，其混合液沸點都高于100℃，這就是實驗不可能出現“水沸騰”和“酸液四濺”現象的根本原因。

硫酸和水混合時溫度升高，水和酸相互溶解的速度很快，“水的密度較小，浮在濃H2SO4上面”的情況是不符合實際的想象。

3.把水注入硫酸時，不論快速加水還是慢慢滴入水，都不會出現“水沸騰”和“酸液四濺”的現象。顯然，“如果水滴入濃硫酸中，由于水的密度比濃硫酸小，它就浮在濃硫酸上面，溶解時放出的熱能使水立刻沸騰，使硫酸液滴向四周飛濺”是一個臆想結論。