【大纲版创新设计】2011届高考化学一轮复习 第3节 硫酸及硫酸工业课件 新人教版

1、第三节硫酸及硫酸工业,复习目标展示 1.掌握硫酸尤其是浓硫酸的性质、用途。 2以硫酸工业为例，了解化工生产中化学反应原理的确 定，化工生产流程。 3了解硫酸盐的性质及用途。,知识点1 硫酸及其盐,问题1：硫酸有哪些重要性质和用途？有哪些常见的硫酸盐？ 1.浓硫酸的性质 (1)物理性质 H2SO4是具有不挥发性、高沸点的二元强酸。纯净的硫 酸为 、 状液体，密度比水 (98%的浓H2SO4，密 度为1.84 gcm3)，能以任意比例溶于水，溶解过 程中伴随着放热现象。物理特性浓硫酸具有强的 。 (2)化学性质 酸性(及不挥发性) H2SO4NaCl . H2SO4(浓)NaNO3 NaHSO4H

2、NO3,无色,大,吸水性,NaHSO4HCl,油,强酸性 Ca3(PO4)23H2SO4(浓) . 脱水性 指浓H2SO4将有机物里的氢、氧元素按原子个数比21的比例脱去的 性质。如： C12H22O11 C2H5OH (催化剂) 强氧化性 冷的浓H2SO4，遇铁、铝等金属产生 作用。但热的浓硫酸氧化性 较强，可将许多金属、非金属及一些还原性化合物氧化。如： Cu2H2SO4(浓) 。 C2H2SO4(浓) 。 2HIH2SO4(浓) 。 在这些氧化还原反应中，硫酸的还原产物一般为SO2。,2H3PO43CaSO4,12C11H2O,H2OCH2 CH2,钝化,2H2OSO2CuSO4,CO2

3、2SO22H2O,I2SO22H2O,2硫酸盐,CaSO42H2O,熟石膏,重晶石,绿矾,明矾,胆矾,皓矾,思维延伸,知识点2 硫酸工业,问题2：硫酸工业中的五个“三”的含义是什么？ 3硫酸的工业生产过程,4硫酸工业的废物综合利用 (1)尾气处理(氨吸收法) 反应方程式为： ， ，生成的 (NH4)2SO4作化肥，SO2气体输回车间作原料。 (2)污水处理(石灰乳中和法) Ca(OH)2H2SO4 CaSO42H2O。 (3)废渣的利用：制水泥、制砖，含铁品位高的矿渣可作 原料。 (4)能量的再利用：充分利用反应热，降低生产成本。,SO22NH3H2O (NH4)2SO3,(NH4)2SO3H

4、2SO4 (NH4)2SO4SO2H2O,炼铁,思维延伸 多步反应的解题技巧和产率问题 (1)涉及多步反应的工业计算题常采用关系式法， 如：FeS22H2SO4；SH2SO4。 (2)有关公式：原料利用率(或转化率) 化合物中元素的损失率该化合物的损失率 产品产率 物质纯度,考点1 浓稀硫酸的比较及SO 的检验,1浓硫酸、稀硫酸的比较,要点深化,检验溶液中是否含SO 时的误区 (1)只加可溶性钡盐，不酸化。 (2)误将Ag、Pb2判断成SO 。 (3)误将SO 判断成SO 。 如向待测液中滴加用盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色 沉淀，便误以为有SO 。,例1 (2008上海)研究发现，空

5、气中少量的NO2能参与硫酸型酸雨的 形成，反应过程如下： SO2NO2SO3NOSO3H2OH2SO4 2NOO22NO2 NO2在上述过程中的作用,与H2SO4在下述变化中的作用相似的是 () A潮湿的氯气通过盛有浓H2SO4的洗气瓶 B硫化氢通入浓H2SO4中 C浓H2SO4滴入萤石中，加热 D加入少量H2SO4使乙酸乙酯水解 解析：分析NO2在参与硫酸型的酸雨的形成过程中作催化剂。A项 中浓硫酸作干燥剂；B项中浓硫酸作氧化剂；C项中浓硫酸制 HF，利用了它的酸性和高沸点难挥发性；D项中稀硫酸作酯水解 的催化剂。 答案：D,方法总结：硫酸在化学实验中的作用 (1)利用酸性、难挥发性制备气体

6、，如H2、SO2、 HCl、HF、HNO3等。 (2)利用脱水性制备气体，如CO、CH2CH2。 (3)利用吸水性、催化性制备硝基苯、乙酸乙酯等。 (4)利用吸水性干燥气体。 (5)利用酸性除金属表面的氧化物。 (6)实验室用浸有稀硫酸的棉花团吸收尾气(NH3)。,变式练习,1. (2010改编题)浓硫酸和 2 molL1的稀硫酸，在实 验室中敞口放置。它们的质 量和放置天数的关系如右 图。分析a、b曲线变化的原 因是 (),Aa升华、b冷凝 Ba挥发、b吸水 Ca蒸发、b潮解 Da冷凝、b吸水 解析：浓硫酸吸水为主，稀硫酸挥发水分为主浓硫酸 吸水为主，稀硫酸挥发水分为主B项正确。 答案：B,

7、考点2 硫酸工业的生产原理及综合效益,生产规模和厂址选择 (1)讨论思路,(2)概括整合 由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区。工厂规模的大小，主要由硫酸用量的多少来决定。硫酸厂选址应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区。,例2 (2010滨州市一中期中考题) 有A、B、C、D四个中等城市，它 们水源、能源充足，交通便利。 它们的相对地理位置如图所示。 各城市各有其特点：A城是风光 秀丽，人口稠密，土地供应紧张 的旅游城市，环保要求高，近郊有丰富的FeS2资源。B城 是一个新兴的工业城，已建有大型磷肥厂，土地供应充 足。C城近郊有丰富的磷灰石资

8、源，工业发达，但使用 H2SO4的工业不多，土地供应充足。D城是一个古老的城 市，它的周围是重要的农业区，是大量肥料的集散地。现 拟建年产1105 t的黄铁矿制硫酸的工厂，厂址应选在 (),AA城近郊 BB城近郊 C C城近郊 D D城近郊 作出上述选择的依据是_。 解析：A城人口稠密，土地资源紧缺，环保要求高，不适 合；C城使用H2SO4工业不多，运输硫酸成本较高，不适 合；D城是一个古老城市，土地肯定紧缺，虽然周围是重 要的农业区，但也是大量肥料的集散地，消耗硫酸不会太 多,不适合。综合考虑，权衡利弊，选择B城近郊最适合。 答案：B,B城近郊有硫酸消耗工厂大型磷肥厂，且避开了人口 稠密的居

9、民区,变式练习,2(2009北京朝阳区5月考题).硫酸的消费量常被作为有关 国家工业发达水平的一种标志，下表为接触法制硫酸时，温 度和压强对SO2转化率的影响：,(1)硫酸工业在国民经济中占有重要的地位，请写出它的 两种重要用途：_、_。 (2)工业中催化氧化SO2采用常压而不用高压，理由是 _ _。,化学试剂,干燥剂,常压时，SO2的转化率已经很高，若加压对设备要求高， 增大投资和能量消耗,.实验室中，用如下图所示装置及所给药品(图中部分夹持 仪器已略去)探究工业制硫酸接触室中的反应，并收集得到 SO3。已知：SO3熔点为16.8，沸点44.8，SO3遇水 剧烈反应；SO2的沸点为10。,(

10、1)写出A装置中制取氧气的化学方程式： _ _。 (2)B装置的作用除了将气体充分混合外，还有：_，_ _ _。 (3)加热硬质玻璃管时，若不断升高温度，对由SO2和O2 生成SO3的化学反应有何影响？_。,2H2O2 2H2OO2(或2Na2O22H2O=4NaOHO2),干燥气体,观察气泡数目以便控制O2和SO2的流速,SO2的转化率降低(不利于向生成SO3的方向进行),(4)本实验装置虚框处还需接一装置，甲、乙、丙三同学 分别设计了a、b、c三套装置，你认为不合理的是 _，理由是 _。,b,b中挥发的水蒸气会与D中SO3晶体剧烈反应,解析：本题考查硫酸工业条件的选择及设计实验探究硫酸工业

11、原理。.(1)硫酸是工业“三酸”之一，也是实验室重要试剂；(2)工业制硫酸要考虑化学反应速率、原料转化率或产率、成本(设备、动力、材料)等，应选择合适条件使反应较快、产率较高以及成本较低。.(1)A装置适合“固液气”，可以选择双氧水在二氧化锰作用下分解或过氧化钠与水反应制氧气；(2)根据三氧化硫的性质可知，其熔点、沸点较低，易变成气体进入D装置中，在冰水(0)的作用下，三氧化硫变成固体，但二氧化硫仍然是气体。又因为三氧化硫遇水剧烈反应，所以，原料气体必须干燥，B中浓硫酸的作用就是干燥原料气体。根据化学方程式可知，当投入气体体积比为V(SO2)V(O2)21时，原料利用率最高，所以，通入气体时要

12、调节二氧化硫和氧气的通入量，利用单位时间产生气泡数目控制通入气体速率，B中浓硫酸起指示通入气体量的作用；,(3)催化剂是有一定活性的V2O5(活性温度：500左 右)，温度过高或过低，催化剂效率会降低。因为该 反应正方向是放热反应，不断升温，必将降低催化剂 的活性，降低二氧化硫的转化率，不利于生成SO3。 (4)SO3H2O H=SO4，设计装置时要防止外界 气体进入D装置中。氢氧化钠溶液在任何温度下都能 挥发出水蒸气，不能直接用氢氧化钠溶液吸收反应后 尾气中的二氧化硫。,客观题 浓、稀硫酸性质的差异、应用、检验及SO 的检验、 硫酸盐的知识等往往以选择题形式考查。,考题一 (2009北京考题

13、改编)下列有关硫酸的说法正确的 是 (),A实验室制取乙烯的实验中用稀硫酸作脱水剂 B浓硫酸与甲酸混合共热可制取CO气体 C100 mL、18 mol/L的硫酸与足量铜片共热可制取0.9 mol二氧化硫气体 D可利用向适量蒸馏水中加入少量待检液的方法鉴别 出浓、稀硫酸,审题视点：根据浓、稀硫酸的性质，尤其是浓硫酸的三个特性(吸水性、脱水性、强氧化性)进行分析判断，还要注意在实验中有时用浓硫酸作催化剂(如制乙烯、乙酸乙酯、硝基苯等)，有时用稀硫酸作催化剂(如酯水解、蔗糖、淀粉水解)。 思路点拨：A项中用浓硫酸作脱水剂、催化剂，稀硫酸不能作脱水剂；B项正确，利用浓硫酸的脱水性；C项中，浓硫酸中共有

14、1.8 mol H2SO4，只有在浓度较大时Cu才可以与H2SO4反应，所以1.8 mol H2SO4不可能全部反应，即生成的SO2小于0.9 mol；D项正确。 标准答案：BD,高分解密 浓、稀硫酸的鉴别方法 方法一：取少量蒸馏水，向其中加入少量试样硫酸，如能放出大量热则为浓H2SO4，无明显变化则为稀H2SO4。 方法二：观察状态，浓H2SO4为黏稠状液体，而稀H2SO4为黏稠度较小的溶液。 方法三：用手掂掂份量，因为浓H2SO4的密度较大(1.84 gcm1)。相同体积的浓H2SO4和稀H2SO4，浓H2SO4的质量大得多。,方法四：取少量试样，向其中投入铁片，若产生大量气体为稀H2SO

15、4，Fe2H Fe2H2；若无明显现象(钝化)，则为浓H2SO4。 方法五：用玻璃棒蘸取试样在纸上写字，立即变黑(浓H2SO4的脱水性)者为浓H2SO4，另一为稀H2SO4。 方法六：取少量试样，分别投入一小块铜片，稍加热发生反应的(有气泡产生)为浓H2SO4(浓H2SO4的强氧化性)，无现象的是稀H2SO4。,主观题 考查硫酸工业生产流程、SO 检验方案的设 计、评价及有关硫酸的综合作用。,考题二 (8分)某化学课外兴趣小组 为探究铜跟浓硫酸的反应情况， 用下图所示装置进行了有关实验： (1)B是用来收集实验中产生的 气体的装置，但未将导管画全， 请直接在原图上把导管补充完整。,(2)实验中

16、他们取6.4 g铜片和12 mL 18 mol/L浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，直到反应完毕，最后发现烧瓶中还有铜片剩余，该小组学生根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余。 请写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：_ _； 为什么有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解，你认为原因是_ _； 下列药品中能够用来证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是 () A铁粉 BBaCl2溶液 C银粉 DNa2CO3溶液,Cu2H2SO4(浓) CuSO4SO22H2O,反应过程中H2SO4不断被消耗，生成的水逐渐增多，使浓硫酸逐渐变稀，至一定浓度就不再与铜片反应,AD,作答与批改实录,点评 本题为综合考查的题目。问题(1

17、)考查的是实验室制备气体的收集方法，由于SO2的密度大于空气的密度，故应该用向上排空气法收集气体，即长进短出。问题(2)考查的是铜与浓硫酸反应的条件，即铜在加热条件下能与浓硫酸发生反应，生成硫酸铜、SO2和水；由于反应过程中硫酸不断被消耗，有H2O生成，硫酸的浓度减小，稀硫酸不与Cu反应，故最终有硫酸剩余。要检验硫酸是否剩余应从检验H着手。所给选项中能与H反应的为Fe和Na2CO3。,点拨 (1)铜和浓硫酸反应的产物及反应的条件。 (2)对铜和硫酸反应后硫酸有剩余的解释和验证。,题后反思 金属和硫酸反应时，硫酸的浓度、反应的温度等条件会影响反应的产物，故答题时要充分考虑硫酸的酸的通性和强氧化性

18、。,*(2009北京理综)以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：,(1)将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整： 4_11O2 2Fe2O38SO2 (2)接触室中发生反应的化学方程式是_。 (3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是(选填序号字母)_。 a为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎 b过量空气能提高SO2的转化率 c使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率 d沸腾炉排出的矿渣可供炼铁 (4)每160 g SO3气体与H2O化合放出260.6 kJ的热量，该反应的热化学方程式是_。,FeS2,2SO2O2 2SO3,abd,SO3(g)H2O(l) H2SO4(l)；H130.3 kJ/mol,

19、(5)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐。 SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中Br2。SO2吸收Br2的离子方程式是_。 为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到50.00 mL相同浓度的NaOH溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵盐不分解)，该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。 部分测定结果：,SO2Br22H2O 4H2BrSO ,铵盐质量为10.00 g和20.00 g时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为30.00 g时，浓硫酸增加的质量为0.68 g；铵盐质量为4

20、0.00 g时，浓硫酸的质量不变。 计算：该铵盐中氮元素的质量分数是_%；若铵盐质量为15.00 g，浓硫酸增加的质量为_。(计算结果保留两位小数),14.56,2.31 g,思路点拨：本题主要考查硫酸工业、热化学方程式的书写、计算等。 (1)根据原子守恒即可判断该物质为FeS2。 (2)SO2和O2在接触室发生反应生成SO3：2SO2O2 2SO3。,(3)选项a，将黄铁矿粉碎可增大反应物的接触面积而加快反应速率；选项b，增大空气(O2)浓度能提高SO2的转化率；选项c，催化剂对转化率无影响；选项d，矿渣中含有Fe2O3，可用于冶炼铁。 (4)160 g SO3(g)与H2O(l)反应生成H

21、2SO4(l)放出260.6 kJ热量，则1 mol SO3(g)与H2O(l)反应生成H2SO4(l)放出130.3 kJ热量，则相关热化学方程式为：SO3(g)H2O(l) H2SO4(l)；H130.3 kJ/mol。,(5)由题中数据可判断出盐为(NH4)2SO4与NH4HSO4的混合物。NaOH溶液中加入氨盐时，OH优先与H反应，加入10.00 g时铵盐中的NH4全部转化为NH3，剩余的OH等于10.00 g铵盐中含有的H的物质的量，加入30.00 g铵盐时，产生NH3的物质的量为0.04 mol。设10.00 g铵盐中含(NH4)2SO4与NH4HSO4的物质的量分别为x、y，Na

22、OH的物质的量浓度为c，可列出：2xy0.05c2y,0.05c3y0.04，解得x0.02 mol，(NH4)2SO4的质量0.02 mol132 g/mol2.64 g，则NH4HSO4的质量10.00 g2.64 g7.36 g，其物质的量为0.064 mol，故10.00 g铵盐中含有N元素的质量20.02 mol14 g/mol0.064 mol14 g/mol1.456 g，故N元素的质量分数为14.56%。NaOH物质的量3y0.040.232 mol，15.00 g铵盐中含有0.03 mol(NH4)2SO4、0.096 mol NH4HSO4，H消耗OH 0.096 mol，

23、故产生的NH30.232 mol0.096 mol0.136 mol，其质量等于浓硫酸增加的质量0.136 mol17 g/mol2.31 g。,高分解密 本题源于教材，稍加改动；对教材中的工业生产流程要从生产原料、原理、设备等几方面加以总结、熟记于心；并且要结合理论(电化学理论、化学反应速率、平衡理论)搞清楚每一生产过程、设备等(要这样生产、要这样设计)原理。还要注意到环境保护和综合治理。,知识支持： 绿色化学是人类和自然界的生物和谐相处的化学，是对环境更友善的化学。它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原料，最大限度地节约能源， 在化工生产中各环节都实现净化和无污染的反应途径。具体体现在如

24、下几个方面：,(1)节省资源，提高原料转化率和利用率。例如在合成氨工业，硝酸工业，接触法制硫酸，联合制碱法等工艺流程中采取了循环操作，体现了绿色化学中节省资源的基本原理。 (2)化工生产中尾气回收方法和处理装置以防止或减少环境污染。例如：氨氧化法制硝酸、接触法制硫酸、炼钢、炼铁等尾气处理或尾气吸收装置。 (3)现行教材中涉及的化工生产体现了绿色化学内涵设计新的化学反应条件，降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。,1(5分)(2010模拟题)某无色气体X，可能含有CO2、SO2、HCl、 HBr中的一种或几种。将X通过适量的氯水时，X恰好完全反应， 没有任何气体剩余。将所得的无色溶

25、液分装于两支试管后，分别 加入酸化的AgNO3与BaCl2溶液，结果均产生白色沉淀。下列推论 正确的是 () AX中一定没有CO2 BX中一定有SO2，产生的沉淀是AgCl与BaSO4 CX中一定没有HBr DX中一定有HCl 解析：因为X恰好完全反应且无任何气体剩余，判断一定无CO2， 一定有SO2气体；因SO2先与氯水反应，所以HBr可能存在，但未 与氯水反应，且HCl、HBr均易溶于水，不能判断其是否存在；选 项A、B符合题意。 答案：AB,2(5分)(2010长沙一中期中考题)长沙晚报2009年8月2日报道， 湖南浏阳509人检出尿镉超标，长沙目前已经造成污染的化工厂 永久关闭。处理水

26、体镉污染，可利用聚合铁简称PFS，化学式 为：Fe2(OH)n(SO4)3n/2m，n5，m10在水体中形成絮 状物，以吸附镉离子.结合题中信息,下列说法不正确的是() A. Cd核素中的中子数为60 B含镉废电池应进行回收处理 CPFS中铁显2价 D实验室由FeSO4溶液制PFS需经过氧化、水解和聚合的过程 解析：设Fe2(OH)n(SO4)3n/2m中铁元素化合价为x，根 据正负化合价代数和为0可得，2xn2(3n/2)，故x3。 答案：C,3(5分)(2010模拟题)下列物质的检验，其结论一定正确的是 () A某溶液中加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，加入HNO3后，白 色沉淀不溶解,也

27、无其他现象，说明该溶液中一定含有SO B某溶液中加盐酸产生无色气体，该气体能使澄清石灰水变 浑浊，说明该溶液中一定有SO C取少量久置的Na2SO3样品于试管中加水溶解，再加盐酸酸 化，然后加BaCl2溶液，若加盐酸时有气体产生，加BaCl2时 有白色沉淀产生，说明Na2SO3样品已部分被氧化 D能使湿润的KI淀粉试纸变蓝的一定是Cl2,解析：A选项中，加入稀HNO3后，若有SO 与Ba2生成的BaSO3沉淀，也会被稀HNO3氧化变为BaSO4沉淀而不溶解；B选项中加入盐酸，CO 、SO 、HCO3、HSO3都可能生成无色气体，并使澄清石灰水变浑浊；C选项中，加盐酸后，SO 会与H反应生成气体

28、，若再加BaCl2，溶液中已无SO ，所以再生成沉淀，就是SO 与Ba2生成的沉淀；D选项中除Cl2外，O3、Br2等也可使湿润的KI-淀粉试纸变蓝。 答案：C,4(5分)(2010河北师大附中月考题)工业上用接触法合成硫 酸，采用下列措施：硫铁矿粉碎后，加入沸腾炉；沸腾 炉空气进入口在下部，硫铁矿进入口在上部；进入接触室 的炉气先要进行净化和干燥处理；在接触室里，催化剂分 上、下两层；在接触室里使用热交换器；吸收塔里，三 氧化硫从下部通入，浓硫酸从上淋喷 其中，为了提高固体与气体接触面的措施是() A B C D,解析：为了增大固体接触面积从而增大反应速率；采 用“逆流”原理，为了增大反应物

29、(矿石颗粒与空气)的接 触面积；净化是除去有毒矿尘和气体，干燥是为了吸收 H2O(g)，减少能耗；为了增大与催化剂的接触面积，增 大反应速率；为了充分利用能量；为了气体便于被液 体吸收。可见只有C项符合题意。 答案：C,5(10分)(2010模拟题)某校化学研究性学习小组，探究 足量的锌与浓硫酸反应的过程。 .第一小组：按图组装好实验装置，微热试管A，观察 到如下现象： C、D、E中均有气泡产生；随后气泡量减少，品红溶液褪 色，D中先出现浑浊，然后浑浊消失；反应一段时间后， C、D、E中的气泡量又会明显增加。,试回答： (1)从甲、乙中选择合适的装置填入B、C中，并进行正确连接， a接_、_接

30、b，c接_、_接d；D、 E两支试管中CCl4的作用是_。 (2)能证明浓硫酸具有强氧化性的实验现象为 _；该反应的化学方程式为 _ _。 (3)反应一段时间后气泡量又会明显增加的原因是 _。 (4)D中浑浊消失的离子方程式为 _。,3(或4),4(或3),2,1,防倒吸,C中品红溶液褪色,Zn2H2SO4(浓) ZnSO4SO22H2O,反应一段时间后，由于浓硫酸浓度降低，有H2生成,CaSO3SO2H2O Ca22HSO3,.第二小组：用下列装置连接成一整套实验装置，以验证 足量锌与浓硫酸反应产生的SO2气体中混有H2和H2O(g)。,(1)若按气体从左到右流向时，气体流经的各装置导管的编号依 次是_ _(用“a、b”填写) . (2)装置B中的药品是_ _ _，装置A的作用是 _。 (3)证明混有H2的实验现象为 _。,c、d(或d、c)、a、b(或b、a)、e,无水CuSO4(或无水硫酸铜),吸收H2O(g)和SO2,C中黑色物质变为红色，D中白色固体变为蓝色,解析：.检验SO2中是否存在H2、水蒸气时，一般先检验水 蒸气，可用无水硫酸铜来检验；检验氢气时，利用氢气的还 原性将其转化为水再检验(即通过灼热的氧化铜，氧化铜变 红，生成的水蒸气能使无水硫酸铜变蓝。),*(2010陕西师大附中期中考题)硫酸铜是一种应用极其 广泛的化工原料。制备硫酸铜是