当溶解于水时，一方面是硫酸分子扩散在水里，在这个物理过程里，要吸收一定的热量；另一方面又发生化学过程，即硫酸分子跟水分子之间有强的化合能力，生成水合氢离子如何浓硫酸。H2SO4+H2O=H3O++HSO4-HSO4-+H2O=H3O++SO42-H2SO4+2H2O=2H3O++SO42-硫酸跟水生成相当稳定的水合物，如H2SO4·H2O、H2SO4·2H2O、H2SO4·4H2O等(在低温时这些水合物可从溶液里以晶体形式析出)。由于形成水合氢离子和各种水合物时放出大量的热(1mol硫酸在20°C时与过量的水混合，溶解热为85.5kJ)，放出的热量多于吸收的热量，因此，稀释浓硫酸时会放出大量的热。
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