高一化学硫酸的制备和性质

【典例1】某硫酸厂用接触法制硫酸的生产过程中，在煅烧黄铁矿时，有5%的硫损失掉，在SO2的催化氧化过程中，有92%的SO2转化为SO3，在吸收塔中损失SO3的质量分数为0.6%。现有含FeS295%的黄铁矿100t，问可制得98%的浓硫酸多少吨？【思路点拨】以黄铁矿为原料制硫酸，其实质就是将矿石中的硫转化为硫酸，在整个过程中，硫元素是守恒的，要学会根据元素的守恒做题。【自主解答】可将生产过程中各种硫元素损失的质量分数全部转换为在生产过程中对FeS2中硫元素的实际利用率，即FeS2的实际用量可由下式算出：100t×95%×(1-0.6%)×92%×（1-5%）=82.5t。设可制得98%的浓硫酸的质量为x，由4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3；2SO2+O22SO3；SO3+H2O====H2SO4得关系式：FeS2～2H2SO41202×9882.5tx×98%，得出x=137.5t。答案：137.5t高温====【典例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.浓硫酸与金属活动性顺序表中氢后面的金属反应生成的一般是SO2，与氢前面的金属反应生成的气体一般是H2C.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与NaCl、KI、FeS等反应制取HCl、HI、H2S等气体【思路点拨】解答本题掌握好浓硫酸的特性——吸水性、脱水性、强氧化性是关键！【自主解答】选A。对于Cu+2H2SO4(浓)SO2↑+CuSO4+2H2O这个反应来说，每2molH2SO4参与反应时，其中1mol作氧化剂，被还原成SO2，而另1mol则作为酸反应生成了CuSO4，价态未变，所以A是正确的；不论金属的活泼性如何，只要与浓硫酸反应，就会将硫酸还原成SO2，而只有排在氢前面的金属才能与稀硫酸反应置换出H2；浓硫酸不能干燥，碱性气体和还原性气体；浓硫酸除了具有难挥发性外，还有强氧化性，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。====△知识点一：硫酸的制法1.接触法生产H2SO4的过程中，对“三废”处理正确的是（）①尾气用氨水处理②污水用石灰乳处理③废渣用来制水泥、炼铁④设置“废热”锅炉产生蒸气、供热或发电A.只有①②B.只有①③④C.只有①②③D.全部【解析】选D。接触法制硫酸的工业中，废气、废水等里面都含有有毒物质，所以在排出之前都要处理，其方法就是①②，而在生产过程中，有很多热量被浪费，可以进行处理，废渣中有大量的铁，所以可以用来炼铁，而其中的硅酸盐可用来制水泥。2.接触法制硫酸中，进入接触室的气体必须净化、干燥，其主要原因是（）A.防止催化剂中毒B.提高反应效率C.提高SO2转化率D.防止环境污染【解析】选A。一些粉尘、水蒸气等物质的进入会引起催化剂的催化能力降低，甚至失去，就叫催化剂中毒。进入接触室前的净化就是为了防止催化剂中毒，它不可能提高反应效率，也提高不了转化率，气体不进入大气，就不会污染环境。知识点二：硫酸的性质和用途3.储存浓硫酸的铁罐外口出现严重的腐蚀现象，这体现了浓硫酸的（）A.脱水性和吸水性B.吸水性和酸性C.强氧化性和吸水性D.不挥发性和酸性

解题提示：浓硫酸具有吸水性，可吸收现成的水分子或结晶水合物中的水，使自身的浓度变稀。【解析】选B。因为浓硫酸会使铁、铝钝化，现铁罐外口出现严重的腐蚀现象，说明浓硫酸变成了稀硫酸，稀硫酸与Fe发生了反应，这体现了浓硫酸的吸水性，也体现了其酸性。4.下列操作不能区别浓硫酸和稀硫酸的是（）A.分别加入铁片B.分别加入烧碱C.分别加入蔗糖D.分别加入铜片，加热【解析】选B。不论浓硫酸还是稀硫酸，与NaOH反应时都没有明显的现象，没法区别这两种酸。5.灼烧绿矾的反应方程式如下：2FeSO4·7H2O强热Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O将生成的气体通入BaCl2溶液中，下列叙述中正确的是（）A.有BaSO4生成B.有BaSO3生成C.同时有BaSO4和BaSO3生成D.有SO3逸出====【解析】选A。绿矾中的铁是+2价，而S是+6价，在强热的条件下，会发生自身的氧化还原反应，Fe被氧化至+3价，而一部分S被还原为+4价。由题意可得，FeSO4·7H2O分解后所生成的气体物质通入BaCl2溶液后，SO3会与水反应生成H2SO4，进而生成难溶于水和酸的BaSO4，而由于BaSO3易溶于酸，所以不会生成BaSO3沉淀。一、选择题（本题包括5个小题，每小题4分，共20分）1.绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有“原子经济性”，因此它既能够充分利用资源，又能够防止污染。下列化学反应，不符合绿色化学概念的是（）A.消除硫酸厂尾气排放SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3B.消除制硝酸工业尾气的氮氧化物污染NO2+NO+2NaOH====2NaNO2+H2OC.制CuSO4Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2↑+2H2OD.制CuSO42Cu+O22CuO,CuO+H2SO4（稀）====CuSO4+H2O====△====△【解析】选C。由题意可得，绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染，而所给的选项中只有C中原子利用率不为100%，且有有毒气体放出，所以不符合绿色化学的概念。2.在检验SO42-的过程中，下列操作中正确的是（）A.先加入稀硝酸，没有产生沉淀，然后再加硝酸钡，产生白色沉淀，证明有SO42-存在B.先加入硝酸钡，产生白色沉淀，然后再加稀硝酸，沉淀不溶解，证明有SO42-存在C.先加入稀盐酸，没有产生沉淀，然后再加氯化钡，产生白色沉淀，证明有SO42-存在D.先加入氯化钡，产生白色沉淀，然后再加稀盐酸，沉淀不溶解，证明有SO42-存在【解析】选C。A和B中若有SO32-也会出现这种现象；而D中若有Ag+也会产生这种现象。3.向50mL18mol·L-1的H2SO4溶液中加入足量的铜片并加热，充分反应后，被还原的H2SO4的物质的量为（）A.小于0.45molB.等于0.45molC.在0.45mol与0.90mol之间D.大于0.90mol【解析】选A。由于所加的H2SO4中含有H2SO4的物质的量为0.9mol，而当硫酸的浓度小于一定程度之后，不会再与Cu发生反应，也就是说，最后有一部分H2SO4剩余，所以被还原的H2SO4不够0.9mol的一半。4.硫酸的下列反应中，能证明硫酸是强酸的是（）A.能与金属铜反应B.能与金属锌反应C.能与磷酸钙反应D.能使石蕊试液变红【解析】选C。由题意可得，证明一种酸是强酸，则需要用它来制弱酸，只有C是符合题意的。5.常温下，可以用铁制或铝制的容器贮存浓硫酸，下列叙述中，错误的是（）A.常温下，浓硫酸与铁、铝不反应B.贮存浓硫酸的容器要密封，因为浓硫酸容易吸收空气中的水蒸气C.贮存浓硫酸的容器应远离热源D.常温下，浓硫酸可以使铁或铝钝化，生成一层致密的氧化膜，阻止了反应的继续进行【解析】选A。常温下，浓硫酸使铁、铝钝化，并不是不反应，而是在其表面生成一层致密的氧化物薄膜，阻止了反应的继续发生，但浓硫酸吸水后变成稀硫酸就会与铁、铝继续反应，受热时也会反应。二、非选择题（本题包括1个小题，共10分）6.（1）在硫酸工业生产中，我国采用黄铁矿为原料生产SO2，反应的化学方程式为：＿＿＿＿＿，该反应在＿＿＿中进行。（2）为了有利于SO2转化为SO3，且能充分利用热能，采用了多层催化剂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C处流出的气体为____，A、B、C三处气体的温度由高到低的顺序为________。（3）在吸收塔中用＿＿＿吸收SO3，从吸收塔上部导出的气体再次通入＿＿＿，进行第二次氧化，再进行一次吸收后将尾气中很少的SO2净化回收，以防污染大气。【解析】由题意和接触法制硫酸的工业流程可知：工业制硫酸时燃烧黄铁矿的反应是在沸腾炉中发生的；由上面所给装置图可以得出，在热交换器中，热气体是从A口进入，反应后的气体从下口出来，所以下面C口出来的气体是未反应的SO2和新生成的SO3，且温度最低，于是得到A处温度最高，C处最低，在工业生产浓硫酸时，吸收塔中是用98.3%的浓硫酸来吸收SO3的，从吸收塔中出来的气体是空气和未反应的SO2，应再循环利用进入接触室。答案:（1）4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3沸腾炉（2）SO3、SO2、O2C、B、A（3）98.3%浓硫酸接触室高温====1.（4分）3molCu和含有7molH2SO4的浓硫酸共热，未被还原的H2SO4有（）A.3molB.4molC.小于4molD.大于4mol【解析】选D。由题意可得，当硫酸的浓度降至一定程度时，就不再与铜发生反应，也就是说，反应进行到一定程度时，硫酸有剩余，所以当7mol酸与3molCu反应至不能再反应时，被还原的H2SO4的量小于3mol，所以剩余的多于4mol。2.（16分）根据下图回答问题：（1）上述装置中，在反应前用手掌紧贴烧瓶外壁检查装置的气密性，如观察不到明显的现象，还可以用什么简单的方法证明该装置不漏气。答：______________________________________。（2）写出浓硫酸和木炭粉在加热条件下发生反应的化学方程式：________________________________。（3）如果用图中的装置检验上述反应的全部产物，写出下面标号所表示的仪器中应加入的试剂的名称及其作用：A中加入的试剂是＿＿＿，作用是＿＿＿＿＿＿。B中加入的试剂是＿＿＿，作用是＿＿＿＿＿＿。C中加入的试剂是＿＿＿，作用是除尽＿＿＿＿＿＿气体。D中加入的试剂是＿＿＿，作用是＿＿＿＿＿＿。【解析】由上图和题意可得，这是一个实验题，目的就是检验C与浓H2SO4反应的产物中既有SO2，又有CO2，但由于CO2有的性质，SO2也有，而SO2有的性质CO2没有，所以应把检验SO2和除掉SO2