浓硫酸溶于水放热的主要原因在于其强吸水性及生成水合离子的放热反应。具体分析如下:
强吸水性导致混合放热
浓硫酸具有极强的吸水性,与水混合时,硫酸分子与水分子迅速结合,形成水合体系。这一过程释放的热量远大于分子扩散所需的吸热,导致溶液温度显著升高。
水合离子生成放热
浓硫酸电离时生成大量水合氢离子(H₃O⁺)和水合硫酸根离子(HSO₄⁻),这些水合离子与水分子形成稳定化合物时释放大量热量。例如,H₂SO₄与水反应生成H₃O⁺和HSO₄⁻,HSO₄⁻进一步与水反应生成H₃O⁺和SO₄²⁻,整个过程为放热反应。
物理与化学过程的平衡
虽然分子扩散吸热,但水合反应放热显著,最终表现为溶液温度升高。这一现象在浓硫酸稀释实验中尤为明显,需缓慢倒入水并搅拌散热。
总结 :浓硫酸溶于水放热是物理扩散吸热与化学水合放热的综合结果,其放热量远超吸热过程,导致溶液温度快速升高。