超强酸氟磺酸

简述

氟磺酸是一种含氟的强酸，属于超强酸，表现为无色透明的发烟液体，有强烈的刺激性气味。某种意义上，可以把氟磺酸看作硫酸与氢氟酸的酐，在水中能够完全离解，并产生氟离子（F^-）和磺酸根离子（HSO₄^-）；也可溶于极性有机溶剂（例如硝基苯，乙酸和乙酸乙酯），但难溶在非极性溶剂如烷烃。

氟磺酸能够溶解几乎所有有机物包括弱质子受体，还可用在分支烷与芳香化合物的烷基化反应，又能催化单烯的聚合，制造有用的高分子。此外，它也是一种氧化剂，可以氧化许多有机和无机物。

需要注意的是，氟磺酸可能会腐蚀玻璃，与许多金属、碱不相容。因此，在实际使用时需要注意安全。

制备方法

目前比较常见的氟磺酸的制备方法主要有三种：法拉第法、硫酸法和光气法。其中法拉第法是最常见的制备方法，通过氟化氢（HF）和硫三氧化二氟（SO₃F₂）的反应生成氟磺酸和水。

用途

氟磺酸在工业上有广泛的应用，它常用于制备化学品中的氟化合物，如氟化铝、氟化钾等。此外，氟磺酸也被用作电镀、金属表面处理和药物制造等方面的重要化学品。以氟磺酸为单体制备得到的全氟磺酸树脂膜为催化剂可以催化冰乙酸和异戊醇反应合成乙酸异戊酯。适宜的反应条件如，当n酸:n醇=1.2:1，催化剂用量(质量分数)为反应物总量的2%，反应温度为110℃，反应时间为1.5h的条件下,酯收率可达98.1%。该催化剂使用后无须任何处理可重复使用，是一种稳定性好的环境友好催化剂[1]。

除了以上提到的方面，氟磺酸还可用于矿业研究。钍属于锕系元素，具有放射性，它常伴生于稀土矿中，如独居石矿，氟碳铈矿，以及其他诸多矿物中。我国主要的轻稀土资源——包头混合型稀土矿和四川氟碳铈矿精矿中均含有0.2%的二氧化钍，它没有得到合理的回收处理，给环境带来了日益严重的放射性污染问题。而同时，钍也是一种宝贵的稀缺资源，已被广泛应用于工业和国民经济建设中。为了在稀土冶炼分离过程中综合回收钍，北京有色金属研究总院[2]提出了氟碳铈矿"氧化焙烧—硫酸浸出—萃取分离铈，氟，钍"绿色冶炼新工艺，并开展了大量研究，获得国家自然基金重点项目及国家科技支撑项目资助。以钍的萃取分离机理研究为主要目的，在对钍的溶液化学和萃取机理研究进展进行综述的基础上，以含氟磺酸体系中的钍为研究对象，开展钍的溶液化学和P507萃取钍的机理研究，并考察负载有机相中钍的反萃性能，为氟碳铈矿回收钍，氟的新工艺提供了基础理论指导。通过试验研究得出了以下结论：(1)一定酸度下，氟磺酸体系中饱和钍浓度和饱和氟浓度大致呈负相关关系，钍氟稳定共存区面积随酸度增加而增大。 (2)氟磺酸体系钍氟第1，2，3级稳定常数(室温)分别为6.27×10⁵，9.68×10⁴，5.36×10⁴。

参考文献

[1]陈勇,罗士平,裘兆蓉,等.全氟磺酸树脂膜催化合成乙酸异戊酯的研究[J].化学试剂, 2005, 27(4):2.DOI:10.3969/j.issn.0258-3283.2005.04.020.

[2]胡丰.含氟硫酸体系钍的溶液化学和萃取机理及反萃性能研究[D].北京有色金属研究总院,2011.