H2SO4溶液的物理性质概述

H₂SO₄在常温下是无色透明的液体。96%～98%的H₂SO₄（浓H₂SO₄）在25℃的密度为1.841kg·L^-1。纯H₂SO₄的熔点为10.36℃，含量98%的则为3.0℃。98.3%的H₂SO₄的沸点为338℃。

铅酸蓄电池生产过程中以及蓄电池本身所用的H₂SO₄溶液的纯度有严格的要求，可以参看不同国家的标准。一般说即使对H₂SO₄溶液纯度要求较高的阀控密封式铅酸蓄电池（Valve-regu-lated lead-acid battery；VRLA；VRLAB）使用分析纯试剂（ana-lytical reagent；AR）配制H₂SO₄溶液就能符合要求。

配制H₂SO₄溶液，只能把浓H₂SO₄缓慢加到纯水中去并不断搅拌；不允许把水加到浓H₂SO₄中！

H₂SO₄溶液不仅是铅酸蓄电池及其化成工序的电解质溶液，而且还是电极反应的活性物质。铅酸蓄电池电解液中H₂SO₄的量是决定蓄电池容量的因素之一，有些情况下是制约因素。

除温度之外，铅酸蓄电池的电动势几乎只依赖于H₂SO₄溶液的浓度。而H₂SO₄溶液的浓度有不同的表示方法。工业生产中常用质量百分含量和密度，实验室常用（体积）摩尔浓度（molar concentration）即单位体积溶液中溶质的摩尔数，常用M表示或质量摩尔浓度（molality）即1kg溶剂中所含溶质的摩尔数，常用m表示。涉及某些物理化学性质的研究中又常用摩尔分数（mole fraction）。不同方法表示的H₂SO₄溶液浓度之间的关系见表5-1^【1】。

表5-1 不同方法表示的H₂SO₄溶液浓度之间的关系

（续）

H₂SO₄作为活性物质按照下面的反应参加电池反应

可知2mol H₂SO₄参加反应，理论上流过的电量为2倍法拉第（2F，即2×26.80A·h）。据此计算出的H₂SO₄溶液的电化学当量（electrochemical equivalent）见表5-2。

表5-2 H₂SO₄溶液的电化学当量

（续）

铅酸蓄电池有时需在环境温度很低的情况下工作，放电后的电解液的浓度也很低，这就要求我们应该了解H₂SO₄溶液的凝固点（freezing point）随着浓度的变化情况。有关数据可参考表5-3和图5-1与图5-2^【3】。

表5-3 H₂SO₄溶液的凝固点^【2】

图5-1 H₂SO₄溶液的凝固温度与密度的关系（1）

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图5-2 H₂SO₄溶液的凝固温度 与密度的关系（2）

H₂SO₄的黏度（viscosity）在不同温度、不同浓度差异很大，在很大程度上影响着H₂SO₄溶液的电导和蓄电池的放电电流和容量。这里的黏度指动力黏度（dynamic viscosity），用来表示液体内摩擦的大小。有关数据见表5-4。

表5-4 H₂SO₄溶液的黏度^【4】

（续）

注：“—”表示溶液已凝结或结晶。

H₂SO₄溶液作为铅酸蓄电池的电解质溶液，其导电性能无疑是最为人们关注的物理特性之一。表5-5列出不同浓度的H₂SO₄溶液的电导率κ、当量电导率Λ及其温度系数。电导率（con-ductivity）κ指的是单位长度、单位截面积的物体的电导（con-ductance）。电导是电阻的倒数，以西门子（S）为单位。如果电阻以欧姆（Ω）为单位，电导的单位S就是Ω的倒数，即S=Ω^-1。当量电导率（equivalent conductivity）定义为在两片距离为10mm的平板电极（面积无限制）之间，含有1当量（就H₂SO₄溶液来说，即含有0.5molH₂SO₄）电解质的溶液的电导。这一物理量亦可认为是H₂SO₄溶液的摩尔（1/2H₂SO₄）电导率。这里在摩尔之后指定1/2H₂SO₄。

表5-5　H₂SO₄溶液的电导率、当量电导率及其温度系数（18℃）^【5】

（续）

表5-5 中的温度系数α的值是从t=18℃和t=26℃的电导率的测定值按下式计算得到的。

例如，求10%H₂SO₄溶液在20℃的电导率κ₂₀和当量电导率Λ₂₀，可计算如下：

求Λ₂₀之前可先求稀释度φ，即当量电导率的倒数

参考文献【1】74页用图示的方法表明了不同温度下H₂SO₄溶液的电导率与浓度的关系（见图5-3）。

图5-3 H₂SO₄溶液在不同温度下的电导率对于温度的依赖关系