2024-2025学年新教材高中化学专题4硫与环境保护第一单元含硫化合物的性质第2课时硫酸的制备与浓硫酸的性质学生用书苏教版必修第一册

第2课时硫酸的制备与浓硫酸的性质课程目标1.知道工业生产硫酸的基本原理。2．了解浓硫酸的特性。3．了解硫酸的应用。图说考点学业基础——自学·思记·尝试[新知预习]一、硫酸的工业制备1．古代采纳加热胆矾__________或绿矾__________的方法制取硫酸。2．接触法制硫酸三原料三设备三阶段三反应硫黄或含硫矿石、空气、98.3%的浓硫酸____SO2的制取和净化_____________________________________________________________SO2氧化成SO3_______________________________________________________________SO3的汲取__________________________________________________________二、硫酸的性质和用途1．浓硫酸的物理性质颜色状态沸点挥发性水溶性________________________________2.稀硫酸的化学性质具有酸的通性，完成下列离子方程式：3．浓硫酸的特性(1)试验探究：试验操作试验现象试验结论蓝色晶体变成白色粉末浓H2SO4具有______性①蔗糖渐渐变____，体积______，形成疏松多孔的海绵状的炭②品红溶液______浓硫酸具有______性，且能______碳单质，本身被______①铜片渐渐______②铜片表面有______产生③试管中溶液渐渐______④品红溶液______浓硫酸具有______性(2)特性：①吸水性：浓硫酸具有很强的吸水性，可用作________。②脱水性：将________中的H、O元素按原子个数比________脱出。③强氧化性：4．硫酸的用途(1)制造化肥、医药、农药。(2)金属矿石的处理、金属材料的表面清洗。(3)制取硫酸盐，制取易挥发性酸。(4)化学试剂。[即时自测]1．推断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)用硫铁矿制硫酸的三步反应均为氧化还原反应。()(2)浓H2SO4常温下与铝、铁不反应。()(3)肯定量的浓硫酸与铜反应时，即使铜过量，浓硫酸也不会完全反应。()(4)浓H2SO4有脱水性，所以常用作干燥剂。()(5)浓H2SO4与木炭反应既表现氧化性又表现出酸性。()2．在硫酸工业生产中，SO3的汲取过程是在汲取塔(如图)中进行的，汲取塔里还装入了大量瓷环。下列有关说法不正确的是()A．从①处通入SO3，整个汲取操作实行逆流的形式B．从②处喷下98.3%的硫酸，瓷环的作用是增大接触面积C．从③处导出的气体只含有少量SO2，可干脆排入大气D．从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的硫酸3．视察如图，并回答下列问题：(1)该设备的名称叫________。(2)矿石粉碎成细小矿粒的目的是：①________________________________________________________________________，②________________________________________________________________________。(3)该设备中发生反应的化学方程式是____________________________________________________________________________________________________。4．(1)填写硫酸在下列用途或反应中表现的性质(用字母填在横线上)。A．难挥发性B．强酸性C．吸水性D．脱水性E．强氧化性F．催化作用①浓硫酸可用作气体干燥剂________；②往晶体硫酸铜中加浓硫酸，晶体变白________；③试验室制硝酸________；(化学方程式为NaNO3+H2SO4=④浓硫酸与铜反应________；⑤浓硫酸使潮湿的蓝色石蕊试纸先变红后又变黑________。(2)用过量的锌与浓硫酸反应时，可能产生的气体有________，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。核心素养——合作·探究·共享提升点1硫酸制备中反应与条件的限制例1某小组同学设计如下装置来检验SO2与O2反应后混合气体的成分。已知：SO3遇水猛烈反应，放出大量热，产生酸雾；98.3%的浓H2SO4可以汲取SO3和酸雾。供选试剂：蒸馏水、0.5mol·L－1BaCl2溶液、98.3%的浓H2SO4、2.0mol·L－1NaOH溶液、酸性KMnO4溶液。(1)c中应选用的试剂是________，e中试剂的作用是________，f中收集的气体是________。(2)某同学提出用饱和NaHSO3溶液代替98.3%的浓H2SO4，请你评价该方案是否可行，若可行不必说明理由；若不行行，简述其理由：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[提升1]工业上制硫酸的设备分为三大部分：沸腾炉、接触室、汲取塔，下图中的装置是仿照工业上制备硫酸的工艺流程设计出来的，用于探究工业上为何采纳98.3%的浓硫酸汲取三氧化硫。请回答下列问题：(1)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的化学方程式：______________________________。(2)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)本试验设计还存在的较明显缺陷是______________。(6)假设在煅烧黄铁矿(含FeS2矿石)时，有5%的硫损失，在SO2的催化氧化过程中，有92%的SO2转化为SO3，在汲取塔中损失SO3的质量分数为0.6%。现有含FeS295%的黄铁矿100t，则可制得98%的浓硫酸________t。状元随笔若在反应过程中有有毒气体产生，肯定要有尾气汲取装置；计算生成的硫酸可利用关系式：FeS2～2H2SO4。关键实力1.接触法制硫酸的原理三原理：化学平衡原理、热交换原理、逆流原理。(1)化学平衡原理：增大反应物浓度、增大反应物间接触面积，能提高反应速率并使化学平衡向正反应方向移动，以充分提高原料利用率。(化学平衡移动内容将在《化学反应原理》中学习)(2)热交换原理：在接触室中生成的热量经过热交换器，传递给进入接触室的须要预热的混合气体，为二氧化硫的接触氧化和三氧化硫的汲取创建了有利条件。(3)逆流原理：液体由上向下流，气体由下向上升，两者在逆流过程中充分反应。2．硫酸工业中的有关计算(1)物质纯度、转化率、产率的计算①物质纯度＝不纯物质中含纯物质的质量不纯物质的总质量×10②原料利用率＝实际参加反应的原料量投入原料总量×③产率＝实际产量理论产量×(2)多步反应计算①关系式法：先写出多步反应的化学方程式，然后找出反应物和生成物之间物质的量(或质量)之比，列出关系式，即可一步计算。②元素守恒法：找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系。找出此关系的简便方法，就是分析原料与产物之间所含关键元素原子个数的关系，如FeS2～2H2SO4、S～H2SO4。特殊提示对于接触法制硫酸要熟记四个“三”，即“三阶段，三设备，三反应，三原理”。提升点2浓硫酸和稀H2SO4对比例2某学习小组在鉴别浓硫酸和稀硫酸时，设计了如下方案：操作结论甲投入火柴梗变黑者为浓硫酸乙加入金属铝片产生刺激性气味气体者为浓硫酸丙分别加入到盛水的试管中放出大量热者为浓硫酸丁用玻璃棒蘸浓氨水靠近盛酸的试剂瓶瓶口冒白烟者为浓硫酸戊加到CuSO4·5H2O晶体中变白者为浓硫酸(1)其中可行的是________(填序号)。(2)其中稍作改进就能成为可行方案的是________，改进方法是_______________。(3)完全错误的是________，因为___________________________________。状元随笔浓硫酸吸水性和脱水性的区分：吸水性：浓硫酸吸取物质中本身存在的水或结晶水的性质。脱水性：浓硫酸将组成有机物的H、O元素按原子个数比2∶1以“H2O”的形式脱去的性质。由此看出：二者的根本区分在于物质本身是否存在水分子。[提升2]下列关于浓硫酸的说法中，正确的是()A．浓硫酸与铜共热的反应中，浓硫酸既表现出强氧化性，又表现出酸性B．浓硫酸有强氧化性，肯定量的浓硫酸与足量的锌反应，不会有氢气产生C．浓H2SO4具有吸水性，可以干燥任何气体D．浓H2SO4是一种难挥发性酸，而HCl、HI、H2S是挥发性酸，可以用浓H2SO4分别与NaCl、KI、FeS等反应制取HCl、HI、H2S等气体状元随笔浓硫酸与锌反应，随着反应的进行，浓硫酸的浓度渐渐减小，稀硫酸的性质与浓硫酸的性质不同。关键实力浓硫酸强氧化性的表现1．与金属的反应(1)Fe、Al的钝化常温下，当Fe、Al遇到浓硫酸时，会与浓硫酸发生反应，表面生成一层致密的氧化物薄膜而出现“钝化”现象。(2)与氢之前的活泼金属反应Zn＋2H2SO4(浓)=ZnSO4＋SO2↑＋2H2O规律：①浓硫酸既表现氧化性，又表现酸性；②浓硫酸一旦变稀，就发生：Zn+H2SO4=ZnSO4＋(3)与氢之后的不活泼金属(除Au、Pt外)反应Cu＋2H2SO4(浓)△=CuSO4＋SO2↑＋2H2O规律：①反应需加热，否则不反应；②氧化产物是硫酸盐，金属显高价，还原产物为SO2；③浓硫酸既表现氧化性，又表现酸性；④随反应进行，硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，反应就会停止。2．与非金属反应C＋2H2SO4(浓)△=CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。3．与还原性化合物的反应常见的还原性物质FeSO4、Na2S、H2S、HBr、HI等均能被浓H2SO4氧化。状元随笔浓H2SO4与稀H2SO4氧化性的区分：浓H2SO4具有强氧化性，缘由是H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4→eq\o(S,\s\up6(＋4))O2；稀H2SO4具有弱氧化性，缘由是eq\o(H,\s\up6(＋1))2SO4→H2。学考评价——夯实·测控·演练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，采纳了中间有热交换器的接触室，按图所示密闭体系中气流的流向，则A处流出的气体为()A．SO2B．SO3、O2C．SO2、O2D．SO2、SO32．浓硫酸和2mol·L－1的稀硫酸，在试验室中敞口放置。它们的质量和放置天数的关系如图。分析a、b曲线改变的缘由是()A．a升华、b冷凝B．a挥发、b吸水C．a蒸发、b潮解D．a冷凝、b吸水3．(双选)下列对浓硫酸的叙述正确的是()A．常温下，浓硫酸与铁、铝不反应，所以铁质、铝质容器能盛放浓硫酸B．浓硫酸具有脱水性，能使蔗糖炭化C．浓硫酸和铜片加热既表现出酸性，又表现出氧化性D.浓硫酸与亚硫酸钠反应制取SO2时，浓硫酸表现出强氧化性4．把1g含脉石(SiO2)的黄铁矿样品在氧气流中灼烧，反应完全后得0.78g残渣，则此黄铁矿的纯度是()A．33%B．66%C．78%D．88%5．下列叙述正确的是()A．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氢气、氧气、氨气等气体，但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体B．浓硫酸与单质碳反应的化学方程式为C＋2H2SO4(浓)≜CO2↑＋2SO2↑＋2H2OC．把足量铜粉投入到含2molH2SO4的浓硫酸中，加热得到气体体积标准状况下为22.4LD．将浓硫酸与浓硝酸混合时，应将浓硫酸缓缓注入盛浓硝酸的容器中6．某同学设想用如图所示装置来验证浓硫酸的某些性质，其中不能达到试验目的的是()选项ABCD试验目的吸水性脱水性强氧化性溶解放热试验装置7．某小组同学为探究铜跟浓硫酸的反应状况，并收集一瓶反应产生的气体，设计了如图所示装置。试验中他们取6.4g铜片与12mL18mol·L－1浓硫酸放在圆底烧瓶中加热，直到反应完毕仍发觉烧瓶中有铜剩余。(1)为防止空气污染，请补画如图虚框中的试验装置，并注明所须要的试剂名称。(2)写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：_________________________________。(3)该小组认为铜片未完全溶解，则瓶中可能还有肯定量的硫酸剩余，其缘由是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)为证明反应结束后的烧瓶中确有余酸，可选用下列药品中的________(填写字母序号)。A．铁粉B．BaCl2溶液C．银粉练后感悟浓、稀硫酸的鉴别方法现象浓H2SO4稀H2SO4物理性质加入水中放出大量热无明显现象视察状态黏稠状液体黏稠度较小的液体密度浓H2SO4密度较大，相同体积时，浓H2SO4质量大化学性质铁片因铁被钝化而无明显现象产生大量气泡铜片(加热)有气泡产生，溶液变蓝无明显现象白纸马上变黑无明显现象胆矾蓝色变为白色无颜色改变第2课时硫酸的制备与浓硫酸的性质学业基础新知预习CuSO4·5H2OFeSO4·7H2O沸腾炉4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2接触室2SO2＋O22SO3汲取塔SO3＋H2O=H2SO4无色eq\o(□,\s\up1(10))黏稠、油状液体eq\o(□,\s\up1(11))较高eq\o(□,\s\up1(12))难挥发eq\o(□,\s\up1(13))易溶eq\o(□,\s\up1(14))2H＋＋Zn=Zn2＋＋H2↑eq\o(□,\s\up1(15))红eq\o(□,\s\up1(16))2H＋＋CuO=Cu2＋＋H2Oeq\o(□,\s\up1(17))H＋＋OH－=H2Oeq\o(□,\s\up1(18))SO42-＋Ba2＋=BaSO4↓eq\o(□,\s\up1(19))吸水eq\o(□,\s\up1(20))黑eq\o(□,\s\up1(21))膨胀eq\o(□,\s\up1(22))褪色eq\o(□,\s\up1(23))脱水eq\o(□,\s\up1(24))氧化eq\o(□,\s\up1(25))还原eq\o(□,\s\up1(26))溶解eq\o(□,\s\up1(27))气泡eq\o(□,\s\up1(28))变蓝eq\o(□,\s\up1(29))褪色eq\o(□,\s\up1(30))强氧化eq\o(□,\s\up1(31))干燥剂eq\o(□,\s\up1(32))有机物eq\o(□,\s\up1(33))2∶1eq\o(□,\s\up1(34))钝化eq\o(□,\s\up1(35))Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2Oeq\o(□,\s\up1(36))C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O即时自测1．答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2．解析：首先明确该装置(设备)在汲取SO3过程中是采纳逆流原理进行汲取的，即98.3%的硫酸是从汲取塔顶喷下，而SO3是从汲取塔底部通入的。这样有利于气、液的充分接触，汲取效果好。从汲取塔上部导出的气体是N2、没有起反应的O2和少量SO2，干脆排入大气会污染环境，所以应用汲取剂汲取或循环运用。答案：C3．答案：(1)沸腾炉(2)①增大矿石跟空气的接触面积，使之燃烧充分②提高原料的利用率(3)4FeS2＋11O2高温2Fe2O3＋8SO24．解析：浓硫酸使蓝色硫酸铜晶体变白，是因为浓硫酸的吸水性而不是脱水性。答案：(1)①C②C③AB④BE⑤BD(2)SO2和H2浓硫酸与锌反应放出SO2气体，随着反应的进行，浓硫酸变为稀硫酸，锌与稀硫酸反应放出H2核心素养例1【解析】(1)该装置中a可干燥SO2、O2并使两者充分混合，限制气体流速；b为SO2与O2的反应装置；c可验证反应后混合气体中含有SO3，所以c中试剂是0.5mol·L－1BaCl2溶液；d的作用是汲取SO3和酸雾；e的作用是通过酸性高锰酸钾溶液汲取SO2而褪色(或变浅)，检验和除去混合气体中的SO2；f中收集的气体是氧气。(2)用饱和NaHSO3溶液代替98.3%的浓硫酸，不行行，其理由是SO3与NaHSO3反应生成SO2，干扰对原混合气体中SO2的检验。【答案】(1)0.5mol·L－1BaCl2溶液检验和除去SO2O2(2)SO3与NaHSO3反应生成SO2，干扰对原混合气体中SO2的检验提升1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；丙装置相当于汲取塔，用浓硫酸汲取SO3；丁装置是用水汲取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；本试验中缺少尾气汲取装置。FeS2的实际用量为100t×95%×(1－5%)×92%×(1－0.6%)＝82.5t。设可制得98%的浓硫酸的质量为x，由关系式：FeS2～2H2SO4，则12082.5t＝2×9898%x，解得x＝答案：(1)4FeS2＋11O2高温2Fe2O3＋8SO2(2)接触室汲取塔(3)SO2、O2、SO3(4)汲取SO3有酸雾产生(5)缺少尾气汲取装置(6)137.5例2【解析】(1)甲、丙、戊分别利用浓硫酸的脱水性、溶解时放出大量的热、吸水性设计，方案可行。(2)乙中常温下铝遇浓硫酸使铝钝化，加热即可反应。而常温下铝片可与稀硫酸反应产生H2。(3)丁错误，挥发性酸遇浓氨水才能产生白烟，浓硫酸不属于挥发性酸。【答案】(1)甲、丙、戊(2)乙加热(3)丁硫酸是高沸点酸，不挥发提升2解析：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，每2molH2SO4参与反应时，其中1molH2SO4作氧化剂，被还原成SO2，而另1molH2SO4起酸的作用，生成CuSO4，A正确；浓硫酸具有强氧化性，浓硫酸与足量的锌反应生成二氧化硫，随着反应的进行，浓硫酸变稀，稀硫酸与锌反应生成氢气，B不正确；浓硫酸不能干燥碱性气体和还原性气体，C不正确；浓硫酸具有强氧化性，所以强还原性气体既不能用浓硫酸制备，也不能用浓硫酸干燥，D不正确。答案：A学考评价1．解析：进入热交换器预热的是SO2和O2的混合物，据此可解除A、B、D。在预热过程中，混合气体虽具备了合成SO3的温度，但无催化剂，因此A处流出的气体中应无SO3。答案：C2．解析：本题考查学生对浓、稀硫酸在吸水与其中水分挥发的差异。浓H2SO4敞口放置时，易汲取空气中的