高中化学 专题4 硫、氮和可持续发展 第三单元 含硫化合物的性质和应用 第2课时 硫酸的制备和性质学案 苏教版必修1.doc

第2课时硫酸的制备和性质学习目标定位1.知道工业生产硫酸的基本原理及生产过程中原料的综合利用。2.熟知硫酸的化学性质和浓硫酸的特性。一、硫酸的制备工业上接触法制硫酸的主要设备及生产流程如下图：根据上图回答下列问题：(1)填写下列各进口或出口物质的名称：a含硫矿石(如fes2)；b炉渣；c二氧化硫、氧气；d尾气(so2、o2)。(2)接触法制硫酸分为三个阶段，填写下表：三原料硫黄或含硫矿石(硫铁矿)空气98.3%的浓h2so4三阶段造气(生成so2)接触氧化(生成so3)so3吸收(生成h2so4)三设备沸腾炉接触室吸收塔三反应so2so2；4fes211o22fe2o38so22so2o22so3so3h2o=h2so4工业制硫酸的注意事项(1)在沸腾炉中煅烧黄铁矿时，要把矿石粉碎，目的是增大黄铁矿与o2的接触面积，使反应加快，提高原料利用率。(2)炉气进入接触室前要净化，目的是除去炉气中的杂质，防止催化剂中毒及对设备造成不利影响。(3)接触室内使用热交换器的目的是利用so2和o2反应放出的热量预热输入设备的气体，冷却反应后的气体。(4)在吸收塔内用98.3%的浓h2so4吸收so3而不是用水吸收的原因是用水吸收so3时，易形成酸雾，吸收速率慢，而用98.3%的浓h2so4吸收so3时，吸收so3的速率快，不形成酸雾，吸收完全。例1在硫酸工业生产中，so3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列说法中不正确的是()a从处通入so3，整个吸收操作采取逆流的形式b从处喷下98.3%的浓硫酸，瓷环的作用是增大接触面积c从处导出的气体只含有少量so2，可直接排入大气d从处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸答案c解析三氧化硫的吸收通常使用98.3%的浓硫酸，不用水或稀硫酸，原因是水或稀硫酸吸收三氧化硫时容易形成酸雾，吸收速率慢，不利于三氧化硫的吸收；气体的吸收常采用逆流原理，这样有利于气、液的充分接触，吸收效果好；从吸收塔上部导出的气体是n2、没有起反应的o2和少量二氧化硫，直接排入大气会污染环境，所以应用吸收剂吸收或循环使用。例2工业上制硫酸的设备分为三大部分：沸腾炉、接触室、吸收塔。下面的装置是仿照工业上制备硫酸工艺的流程设计出来的，用于探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。请回答下列问题：(1)写出沸腾炉内煅烧硫铁矿的反应方程式_。(2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸装置中的_、_。(3)从乙装置中出来的气体有_。(4)丙装置的作用为_，丁中的现象为_。(5)本实验设计还存在的较明显缺陷是_。答案(1)4fes211o22fe2o38so2(2)接触室吸收塔(3)so2、o2、so3(4)吸收so3有酸雾产生(5)缺少尾气吸收装置解析乙装置相当于接触室，将so2催化氧化为so3，由于该反应是一个可逆反应，故从乙装置中出来的气体中含有so2、o2、so3；丙装置相当于吸收塔，用浓硫酸吸收so3；丁装置是用水吸收so3，so3溶于水会放出大量的热，使水汽化为水蒸气，从而形成酸雾；本实验中缺少尾气吸收装置。二、浓硫酸的特性1吸水性(1)浓硫酸可吸收空气或其他气体中的水蒸气、混在固体中的湿存水、结晶水合物中的结晶水。(2)常用盛有浓硫酸的洗气瓶干燥某些气体(如h2、cl2、so2等)，不能干燥碱性气体(如nh3等)和强还原性气体(如h2s等)。2脱水性(1)浓硫酸可使有机化合物中的氢、氧元素按水的组成从有机物中“脱离”出来，结合生成水分子。(2)浓硫酸脱水性实验如图所示：现象：蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状固体，放出有刺激性气味的气体，品红溶液褪色。结论：浓硫酸具有脱水性，且能氧化碳单质，同时自身被还原为二氧化硫。3强氧化性(1)与金属铜的反应实验现象：a试管中铜丝表面变黑，有气泡逸出；b试管中的品红溶液逐渐变为无色；c试管中的紫色石蕊溶液逐渐变为红色；冷却后，将a试管里的溶液慢慢倒入水中，溶液变为蓝色。铜与浓硫酸反应的化学方程式cu2h2so4(浓)cuso4so22h2o。(2)与铁、铝的反应常温下，铁、铝表面被浓硫酸氧化为致密的氧化膜而钝化，从而阻止了酸与内层金属的进一步反应，所以常温下可以用铁、铝制容器来盛装浓硫酸。(3)与非金属的反应浓硫酸与木炭反应的化学方程式：c2h2so4(浓)co22so22h2o。浓硫酸的强氧化性(1)浓硫酸能与大多数金属反应，生成高价态金属的硫酸盐，本身一般被还原为so2。但在常温下，浓硫酸能使铁、铝钝化。(2)浓硫酸可将碳、磷等非金属单质氧化成高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为so2。例3下列关于浓硫酸的叙述正确的是()a浓硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化b蓝色胆矾晶体滴加浓硫酸时变为白色固体c浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体d常温下，浓硫酸不与铁、铝反应，所以可以用铁、铝制容器盛装浓硫酸答案b解析浓硫酸具有脱水性，使蔗糖中h、o元素以水的形式脱出，而使蔗糖炭化变黑，与吸水性无关，a错误；浓硫酸具有吸水性，能吸收胆矾晶体中的结晶水，可以使蓝色的胆矾晶体失水变为白色晶体，b正确；浓硫酸是一种酸，能和氨气反应，故不能干燥氨气，c错误；由于浓硫酸的氧化性很强，常温下，铁和铝的表面被氧化为致密的氧化膜，d错误。【考点】浓硫酸的特性【题点】浓硫酸的吸水性和脱水性例4关于浓硫酸与铜的反应，下列叙述正确的是()a在反应中，浓硫酸只表现出氧化性b此反应属于复分解反应c在反应中，浓硫酸既表现出氧化性，又表现出酸性d每1 mol铜参加反应就有2 mol硫酸被还原，同时生成1 mol 二氧化硫答案c【考点】浓硫酸的特性【题点】浓硫酸的强氧化性思维启迪(1)浓硫酸与金属反应时，既表现酸性又表现强氧化性，而与非金属反应时，只表现强氧化性。(2)浓硫酸与不活泼金属反应时，随着反应的进行，浓硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，就不再与不活泼金属反应。(3)浓硫酸与活泼金属(如锌)反应时，开始浓硫酸表现其强氧化性，产生二氧化硫气体；当浓硫酸变为稀硫酸时，则产生的气体为氢气。三、几种重要的硫酸盐及其用途1硫酸钙(1)化学式：生石膏caso42h2o，熟石膏2caso4h2o。(2)熟石膏与水混合成糊状后会很快凝固，转化为坚硬的生石膏。(3)石膏常用于制作各种模型和医疗上用的石膏绷带。在水泥生产中，可用石膏调节水泥的凝结时间。2硫酸钡(1)硫酸钡不容易被x射线透过，在医疗上可用作检查肠胃的内服药剂，俗称“钡餐”。(2)硫酸钡可用作白色颜料，并可作高档油漆、油墨、造纸、塑料、橡胶的原料及填充剂。3硫酸亚铁(1)硫酸亚铁的结晶水合物俗称绿矾，其化学式为feso47h2o。(2)在医疗上硫酸亚铁可用于生产防治缺铁性贫血的药剂。(3)在工业上它还是生产铁系列净水剂和颜料氧化铁红的原料。1(2018舟山市期末)下列物质：cuso45h2ofeso47h2ocaso42h2o硫黄fes2，其中可用于制硫酸的是()a只有 b和c d全部答案d2浓硫酸与下列物质作用时，只表现强氧化性的是()a蓝色硫酸铜晶体 b木材炭化c红热木炭 d氧化铝答案c解析浓硫酸具有吸水性，能使蓝色硫酸铜晶体变为白色粉末；浓硫酸使木材炭化表现的是脱水性；浓硫酸与红热的木炭反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，浓硫酸只表现其强氧化性；浓硫酸与氧化铝反应表现的是酸性。【考点】浓硫酸的特性【题点】浓硫酸性质的综合3将浓硫酸慢慢滴入浓盐酸中，产生的现象是()a产生黄绿色气体b冒白雾，混合物温度升高c液体四溅，冒白烟d冒白雾，温度降低答案b4下列关于浓硫酸的叙述正确的是 ()a浓硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化b浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体c浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体d浓硫酸在常温下能够使铁、铝等金属钝化答案d解析蔗糖炭化的原因是浓h2so4具有脱水性；浓硫酸和铜反应时需要加热；浓硫酸不能干燥氨气，可与nh3反应。5向50 ml 18 moll1的h2so4溶液中加入足量的铜片，加热使之反应。则充分反应后，被还原的h2so4的物质的量()a小于0.45 molb等于0.45 molc在0.45 mol和0.90 mol之间d大于0.90 mol答案a解析根据反应：cu2h2so4(浓)cuso4so22h2o。若50 ml 18 moll1的h2so4与铜完全反应，被还原的h2so4的物质的量为0.45 mol，而实际上，随着反应的进行，h2so4的浓度逐渐变稀，铜与稀h2so4不反应，故被还原的h2so4的物质的量小于0.45 mol。6下图是某学校实验室从化学试剂商店买回的硫酸试剂标签上的部分内容，据此下列说法正确的是 ()a该硫酸的物质的量浓度为9.2 moll1b1 mol zn与足量的该硫酸反应产生2 g氢气c能用铁制容器盛放该硫酸d该硫酸稀释时应将水倒入盛有该酸的烧杯中并不断地用玻璃棒搅拌答案c解析此题考查浓硫酸和稀硫酸的不同点。据标签信息可得c18.4 moll1，可知此硫酸为浓硫酸；稀硫酸与zn反应产生h2，浓硫酸与zn反应不产生h2；可用铁器盛放浓硫酸，但不能盛放稀硫酸；浓硫酸稀释时由于放出大量的热，故应将浓硫酸慢慢注入盛水的烧杯中，并不断用玻璃棒搅拌。对点训练题组一硫酸的制备1在硫酸工业生产中，为了有利于so2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(如图)，按此密闭体系中气体的流向，则在a处流出的气体含有()a仅so2 bso3、o2cso2、o2 dso2、so3答案c解析a处流出的是已经过热交换器预热的原料气so2和o2。2在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是()a硫铁矿煅烧前要粉碎，因为大块硫铁矿不能燃烧b从沸腾炉出来的气体只有so2cso2氧化成so3，so2能全部转化为so3dso3用98.3%的浓h2so4吸收，目的是防止形成酸雾，以便使so3吸收完全答案d解析将硫铁矿粉碎是使其增大与空气的接触面积，使燃烧更快、更充分，并不是大块硫铁矿不能燃烧；从沸腾炉出来的气体除so2外，还有o2等；so2转化为so3为可逆反应，正、逆反应同时进行，故so2不可能全部转化为so3；so3转化为h2so4，若直接用水吸收，会形成大量酸雾，导致so3吸收不完全，工业生产中用98.3%的浓硫酸作为吸收剂，则不会出现酸雾，吸收so3更充分。3我国利用接触法制硫酸的第一步是在沸腾炉中煅烧黄铁矿：4fes211o22fe2o38so2。现有1 g含脉石(sio2)的黄铁矿(fes2)样品，将其在氧气流中充分灼烧，反应完全后得0.78 g残渣，则此黄铁矿的纯度是()a33% b66% c78% d88%答案b解析根据4fes211o22fe2o38so2m 480 320 160 x 1 g0.78 g，解得：x0.66 g。题组二硫酸的性质4下列气体既能用浓硫酸又能用碱石灰干燥的是()acl2 bcocso2 dnh3答案b解析浓硫酸具有吸水性，常用作气体的干燥剂，但不能干燥碱性气体(如氨气)、某些还原性气体(如硫化氢、碘化氢、溴化氢等)；碱石灰(氧化钙和氢氧化钠的混合物)是一种常用的碱性干燥剂，不能干燥酸性气体(如二氧化碳、二氧化硫、氯气等)。【考点】浓硫酸的特性【题点】浓硫酸的吸水性和脱水性5下列有关h2so4的叙述正确的是()a浓h2so4与铜片共热的反应中，浓h2so4既表现出强氧化性，又表现出酸性b浓h2so4与金属活动性顺序中氢后面的金属反应生成的气体一般为so2，与氢前面的金属反应生成的气体一般为h2c常温下，铁或铝不与浓h2so4反应，所以可用铁或铝制的容器贮存浓h2so4d浓h2so4是不挥发性强酸，氢硫酸是挥发性弱酸，所以可用浓h2so4与fes反应制取h2s气体答案a解析浓h2so4与cu片共热，反应的化学方程式为2h2so4(浓)cucuso4so22h2o，由反应式可知，若2 mol h2so4参加反应，其中1 mol h2so4作氧化剂，使cu氧化，本身被还原为so2，另外1 mol h2so4起酸的作用，故a项正确；在浓硫酸中存在的是h2so4分子，其分子中6价的硫易得到电子，它把金属氧化的同时本身被还原为硫的低价化合物so2，即使是遇到活泼金属如zn、fe等也是如此，故b项错误；常温下铁或铝不是不与浓h2so4反应，而是发生钝化，故c项错误；浓h2so4有强氧化性，h2s有强还原性，前者能把后者氧化，得不到h2s气体，故d项错误。【考点】浓硫酸的特性【题点】浓硫酸的强氧化性6(2018杭州西湖高中月考)下列事实或现象与浓硫酸体现出的性质不相符的是()a往盛有少量胆矾的表面皿中加浓硫酸，搅拌，固体变白，体现了浓硫酸的吸水性b工业上使用铁槽车运输浓硫酸，体现了浓硫酸的强氧化性c浓硫酸与木炭在加热条件下反应，体现了浓硫酸的强氧化性和酸性d用玻璃棒蘸取浓硫酸滴在白纸上，白纸变黑，体现了浓硫酸的脱水性答案c解析浓硫酸具有吸水性，能将胆矾中的水吸走而使固体变白，a项正确；常温下，铁在浓硫酸中发生钝化，使铁的表面氧化成一层致密的氧化物薄膜，阻止反应的继续进行，所以工业上使用铁槽车运输浓硫酸，b项正确；浓硫酸与木炭在加热的条件下反应生成so2、co2和水，只体现浓硫酸的强氧化性，c项错误；浓硫酸具有脱水性，能使白纸变黑，d项正确。7浓h2so4在实现下列物质的转化过程中，既表现出氧化性，又表现出酸性的是()cucuso4cco2feofe2(so4)3fe2o3fe2(so4)3a b c d答案a解析正确，浓硫酸表现出强氧化性，将cu氧化为cu2，自身还原为so2，同时生成了盐(cuso4)，体现了浓硫酸的酸性；只体现了浓硫酸的强氧化性；既体现了浓硫酸的强氧化性，将2价fe氧化为3价fe，同时又生成了盐fe2(so4)3，体现了浓硫酸的酸性；只体现了浓硫酸的酸性。8实验室常用下图装置进行铜与浓硫酸反应的实验。下列有关实验现象的描述或试剂的选用错误的是()a甲试管内溶液变为蓝色b乙试管中品红溶液红色褪去c棉花上喷入的溶液可能为氢氧化钠溶液d棉花上喷入的溶液可能为饱和碳酸钠溶液答案a解析浓硫酸与铜反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，因为浓硫酸具有强吸水性，甲试管中生成的硫酸铜为白色固体，而不是蓝色溶液；生成的二氧化硫有漂白性使品红溶液褪色；二氧化硫为酸性气体，可用碱性溶液(如氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液等)吸收。【考点】浓硫酸的特性【题点】浓硫酸的强氧化性9(2018诸暨中学段考)下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是()选项实验现象结论a将浓硫酸加入过量铁粉中，加热，充分反应后滴加kscn溶液有气体生成，溶液呈血红色浓硫酸将fe氧化为fe3b将铜粉加入1.0 moll1fe2(so4)3溶液中溶液变蓝、有黑色固体出现金属铁比铜活泼c向蔗糖中加入浓硫酸蔗糖变黑，并放出刺激性气味的气体浓硫酸具有脱水性和强氧化性d将铜片放入浓硫酸中无明显现象铜片发生了钝化答案c解析由于铁过量，浓硫酸与铁反应生成硫酸亚铁、二氧化硫和水，有气体生成，但滴加kscn溶液不显血红色，a错误；铜粉加入1.0 moll1 fe2(so4)3溶液中，反应生成硫酸铜、硫酸亚铁，不能置换出fe，不能比较金属活泼性，b错误；浓硫酸具有脱水性和强氧化性，向蔗糖中加入浓硫酸，蔗糖脱水生成碳而变黑，碳被氧化生成二氧化碳的同时放出刺激性气味的气体二氧化硫，c正确；将铜片放入浓硫酸中，无明显现象是因为常温下铜与浓硫酸反应较难，应在加热条件下才容易反应而不是发生了钝化，d错误。题组三浓硫酸与稀硫酸的比较10区别浓硫酸和稀硫酸，既简单又可靠的方法是()a常温下与铜片反应b与石蕊溶液反应c用玻璃棒各蘸少许溶液涂在纸上d加入锌片看是否有气体生成答案c解析常温下浓硫酸和稀硫酸都不能与cu反应；锌与浓硫酸反应产生so2，与稀硫酸反应产生h2，可以区别，但不是最简单的方法；c项利用浓硫酸有脱水性而稀硫酸没有脱水性来区分两种溶液，较简单。【考点】浓硫酸的特性【题点】浓硫酸和稀硫酸的比较11下列关于浓硫酸和稀硫酸的叙述中正确的是()a常温时都能与铁发生反应，放出气体b加热时都能与铜发生反应c都能作为气体干燥剂d硫元素的化合价都是6价答案d解析常温时浓硫酸使铁钝化；铜与稀硫酸常温和加热时都不反应；浓硫酸有吸水性可以作干燥剂，稀硫酸不能作干燥剂。125 ml物质的量浓度为18 moll1的硫酸中加入足量铜片并加热，充分反应。下列说法正确的是()a有0.09 mol的硫酸被还原b有0.045 mol的硫酸被还原c充分反应后体系无硫酸剩余d消耗的铜的质量一定小于2.88 g答案d解析浓硫酸与铜可发生氧化还原反应，而稀硫酸与铜不发生反应。浓硫酸与铜反应时，随着反应进行，硫酸逐渐消耗，其浓度也逐渐下降，当硫酸由浓变稀时反应就会停止。因此，参加反应的硫酸实际量要比理论计算值小。据题n(h2so4)0.005 l18 moll10.09 mol，参加反应的硫酸n(h2so4)0.09 mol，被还原的硫酸小于0.045 mol，参加反应的铜小于2.88 g。【考点】浓硫酸的特性【题点】浓硫酸与金属反应的典型计算综合强化13实验证明铜在低温下不能和o2发生反应，也不能和稀硫酸共热发生反应，但工业上却是将废铜屑倒入热的稀硫酸中并不断地通入空气来制取cuso4溶液。铜屑在此状态下发生的一系列化学反应的化学方程式为_。利用铜和浓h2so4在加热条件下也能制备cuso4溶液，其化学方程式为_。以上两种方法哪种好？_，原因是_。答案2cuo22cuo、cuoh2so4(稀)=cuso4h2ocu2h2so4(浓)cuso4so22h2o第一种方法好制得相同质量的产品，第一种方法消耗的硫酸少；第二种方法生成so2，会造成大气污染；第一种方法节约能源解析在稀硫酸存在的条件下，cu与o2反应后的生成物迅速溶解在热的稀硫酸中生成cuso4；第二种方法是在加热条件下铜与浓硫酸反应，浓h2so4会被还原为so2，其利用率降低且生成的气体有毒。14在化学课上，围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究，将适量的蔗糖放入烧杯中，加入几滴水，搅拌均匀，然后加入浓硫酸，生成黑色物质。请回答下列问题：(1)生成的黑色物质(单质)是_(填化学式)。(2)这种黑色物质继续与浓硫酸作用会产生两种气体，其中一