苏教版《含硫化合物的性质和应用》硫酸大观素材

第一单元含硫化合物的性质和应用【前言】硫酸是化学五大无机强酸（硫酸、、、氢溴酸、氢碘酸）之一。中文名称：硫酸，英文名称：sulfuricacid，分子式：H2SO4，分子相对质量：常见的浓硫酸％（质量分数）。结构式：，中心原子杂化方式:sp3。【化学性质】一、浓硫酸1、物理性质纯硫酸是一种无色无味油状液体。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为％，其密度为·cm-3，其物质的量浓度为·L-1。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该遵循“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅”的口诀。若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生"发烟"现象,这样超过%的硫酸称为"发烟硫酸"2、化学性质（1）吸水性将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量将增加，密度将减小，浓度降低，体积变大，这是因为浓硫酸具有吸水性。①浓硫酸的吸水作用，指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合，生成一系列稳定的水合物，并放出大量的热：H2SO4+nH2OAUTOTEXT==H2SO4·nH2O，故浓硫酸吸水的过程是化学变化的过程，吸水性是浓硫酸的化学性质。②浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水（如空气中的水），而且还能吸收某些结晶水合物（如CuSO4·5H2O、Na2CO3·10H2O）中的水。（2）脱水性①脱水性是浓硫酸的化学特性，物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程，反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比（2∶1）夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。②可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物，其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物，被脱水后生成了黑色的炭（碳化）。如蔗糖中加浓硫酸：C12H22O11AUTOTEXT===12C+11H2O。（3）强氧化性①跟金属反应a、常温下，浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。b、加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应，生成高价金属硫酸盐，本身一般被还原成SO2Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O2Fe+6H2SO4(浓)Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O在上述反应中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。②跟非金属反应热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为SO2。C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2OS+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O2P+5H2SO4(浓)2H3PO4+5SO2↑+2H2O在这类反应中，浓硫酸只表现出氧化性。③跟其他还原性物质反应H2S+H2SO4(浓)S↓+SO2↑+2H2O2HBr+H2SO4(浓)Br2+SO2↑+2H2O2HI+H2SO4(浓)I2+SO2↑+2H2O注意：浓硫酸具有强氧化性，实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。（4）难挥发性（高沸点）：用途：制氯化氢、硝酸等。原理：利用难挥发性酸制易挥发性酸，如用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体。2NaCl（固）+H2SO4(浓)====Na2SO4+2HCl↑Na2SO3+H2SO4(中等浓度)====Na2SO4+H2O+SO2↑【拓展】利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。【特别注意】就硫酸而言，吸水性是浓硫酸的性质，而不是稀硫酸的性质。二、稀硫酸1、物理性质无色无透明液体。2、化学性质（1）可与多数金属（比铜活泼）氧化物反应，生成相应的硫酸盐和水；（2）可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应，生成相应的硫酸盐和弱酸；（3）可与碱反应生成相应的硫酸盐和水；（4）可与氢前金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和氢气；（5）加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。用途：制化肥，如氮肥、磷肥等【工业制备】1、氨酸法增浓低浓度二氧化硫气体生产硫酸方法2、采用就地再生的硫酸作为催化剂的一体化工艺3、草酸生产中含硫酸废液的回收利用4、从芳族化合物混酸硝化得到废硫酸的纯化与浓缩工艺5、从氧化钛生产过程中排出的废硫酸溶液的再生方法6、从稀硫酸中分离有机磷化合物和其它杂质的方法7、从制备2-羟基-4-甲硫基丁酸(MHA)工艺的含硫副产物中回收硫酸的方法8、催化氧化回收含有机物废硫酸的方法9、电瓶用硫酸生产装置10、二氧化硫源向硫酸的液相转化方法11、沸腾炉焙烧硫磺制备硫酸的方法12、沸腾炉掺烧硫磺生产装置中稀酸的回收利用13、高浓二氧化硫气三转三吸硫酸生产方法14、高温浓硫酸液下泵耐磨轴套15、高效阳极保护管壳式浓硫酸冷却器16、节能精炼硫酸炉装置17、精苯再生酸焚烧制取硫酸的方法18、利用废硫酸再生液的方法和装置19、利用含硫化氢的酸性气体与硫磺联合制取高浓度硫酸20、利用含硫化氢的酸性气体制取高浓度硫酸【视野拓展】固体硫酸：是粉末制剂的固体酸类，可以替代硫酸的常规酸洗工艺，主要用于清除各种钢铁、不锈钢、铜、铝等金属零件及其设备表面的锈、氧化皮、水垢、灰垢等污物，特别是钢铁热扎、冷扎过程中生成的高温难清除氧化皮，清洗效果可以跟硫酸酸洗相媲美，最终使产品表面清洁干净；清洗过程中没有烟雾产生，大大改善生产环境；对金属的几乎没有腐蚀，对操作人员、设备、环境没有任何危害。【检验】1、所需试剂：盐酸，氯化钡2、方法：使用特效试剂氯化钡（BaCl2）和排除干扰试剂盐酸（HCl）。向待测物溶液滴入几滴BaCl2溶液和几滴HNO3（或HCl）溶液，震荡，如果产生白色沉淀，则它是硫酸。3、原理：（1）硫酸根离子跟钡离子能生成不溶于硝酸（或盐酸）的白色硫酸钡沉淀。例如：H2SO4+BaCl2====BaSO4↓+2HClNa2SO4+BaCl2====BaSO4↓+2NaCl注意：其他阴离子也有跟钡离子生成白色沉淀的。例如：Na2CO3+BaCl2AUTOTEXT==AUTOTEXT==BaCO3↓+2NaClBaCO3外观为白色沉淀与BaSO4不易区分，但它能跟盐酸（HCl）反应而溶解。BaCO3+2HNO3AUTOTEXT==AUTOTEXT==Ba(NO3)2+CO2↑+H2OBaCO3+2HClAUTOTEXT==AUTOTEXT==BaCl2+CO2↑+H2O【应用】硫酸是基本化学工业中重要产品之一。它不仅作为许多化工产品的原料，而且还广泛地应用于其他的国民经济部门。它的应用范围日益扩大，需要数量日益增加。兹将硫酸在国民经济中的作用分述如下。1、为农业生产服务（1）用于肥料的生产硫酸铵（俗称硫铵或肥田粉）和过磷酸钙（俗称过磷酸石灰或普钙）这两种化肥的生产都要消耗大量的硫酸。每生产一吨硫酸铵，就要消耗硫酸（折合成100%计算）760kg，每生产一吨过磷酸钙，就要消耗硫酸360kg。（2）用于农药的生产许多农药都要以硫酸为原料如硫酸铜、硫酸锌可作植物的杀菌剂，硫酸铊可作杀鼠剂，硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂。最普通的杀虫剂，如1059乳剂(45%)和1605乳剂(45%)的生产都需用硫酸。前者每生产1t，需消耗20%发烟硫酸后者每生产1t，需消耗硫酸36kg。为大家所熟悉的滴滴涕，每生产1t需要20%发烟硫酸。2、为工业生产服务（1）用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门，特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。例如用电解法精炼铜、锌、镉、镍时，电解液就需要使用硫酸，某些贵金属的精炼，也需要硫酸来溶解去夹杂的其他金属。在钢铁工业中进行冷轧、冷拔及冲压加工之前，都必须用硫酸清除钢铁表面的氧化铁。在轧制薄板、冷拔无缝钢管和其他质量要求较高的钢材，都必须每轧一次用硫酸洗涤一次。另外，有缝钢管、薄铁皮、铁丝等在进行镀锌之前，都要经过用硫酸进行酸洗手续。在某些金属机械加工过程中，例如镀镍、镀铬等金属制件，也需用硫酸来洗净表面的锈。在黑色冶金企业部门里，需要酸洗的钢材一般约占钢总产量的5%～6%，而每吨钢材的酸洗，约消费98%的硫酸30kg～50kg。(2)用于石油工业汽油、润滑油等石油产品的生产过程中，都需要浓硫酸精炼，以除去其中的含硫化合物和不饱和碳氢化合物。每吨原油精炼需要硫酸约24kg，每吨柴油精炼需要硫酸约31kg。石油工业所使用的活性白土的制备，也消耗不少硫酸。(3)用于其他化工生产和其他工业部门许多化工生产都需要使用硫酸。例如，在浓缩硝酸中，以浓硫酸为脱水剂；氯碱工业中，以浓硫酸来干燥氯气、氯化氢气等；无机盐工业中，如冰晶石(Na3AlF6)、硼砂(Na2B4O7·10H2O)、磷酸三钠、磷酸氢二钠、硫酸铅、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁以及其他硫酸盐的制备都要用硫酸。许多无机酸如磷酸、硼酸、铬酸(H2CrO4，有时也指CrO3)、氢氟酸、氯磺酸；有机酸如草酸、醋酸等的制备，也常需要硫酸作原料。此外炼焦化学工业（用硫酸来同焦炉气中的氨起作用副产硫酸铵）、电镀业、制革业、颜料工业、橡胶工业、造纸工业、油漆工业（有机溶剂的制备）、工业炸药和铅蓄电池制造业等等，都消耗相当数量的硫酸。3、对解决人民日常生活问题所起的作用（1）用于化学纤维的生产为人民所熟悉的粘胶丝，它需要使用硫酸、硫酸锌、硫酸钠的混合液作为粘胶抽丝的凝固浴。每生产1t粘胶纤维，需要消耗硫酸～，每生产1t维尼龙短纤维，就要消耗98%硫酸230kg，每生产1t卡普纶单体，需要用%发烟硫酸。此外，在尼龙、醋酸纤维、聚丙烯腈纤维等化学纤维生产中，也使用相当数量的硫酸。（2）用于化学纤维以外的高分子化合物生产塑料等高分子化合物，在国民经济中越来越占有重要的地位。每生产1t环氧树脂，需用硫酸，号称“塑料王”的聚四氟乙烯，每生产1t，需用硫酸；有机硅树胶、硅油、丁苯橡胶及丁腈橡胶等的生产，也都要使用硫酸。（3）用于染料工业几乎没有一种染料（或其中间体）的制备不需使用硫酸。偶氮染料中间体的制备需要进行磺化反应，苯胺染料中间体的制备需要进行硝化反应，两者都需使用大量浓硫酸或发烟硫酸。所以有些染料厂就设有硫酸车间，以配合需要。（4）用于日用品的生产生产合成洗涤剂需要用发烟硫酸和浓硫酸。塑料的增塑剂（如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯）、赛璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要硫酸来制备。玻璃纸、羊皮纸的制造，也需要使用硫酸。此外，纺织印染工业、搪瓷工业、小五金工业、肥皂工业、人造香料工业等生产部门，也都需要使用硫酸。（5）用于制药工业磺胺药物的制备过程中的磺化反应，强力杀菌剂呋喃西林的制备过程中的硝化反应，都需用硫酸。此外，许多抗生素的制备，常用药物如阿斯匹林、咖啡因、维生素B2、B12及维生素C、某些激素、异烟肼、红汞、糖精等的制备，无不需用硫酸。4、对巩固国防方面所起的作用某些国家硫酸工业的发展，曾经是和军用炸药的生产紧密连结在一起的。无论军用炸药（发射药、爆炸药）或工业炸药，大都是以硝基化物或硝酸酯为其主要成分。主要的有硝化棉、三硝基甲苯(tnt)、硝化甘油、苦味酸等。虽然这些化合物的制备是依靠硝酸，但同时必须使用浓硫酸或发烟硫酸。5、与原子能工业及火箭技术的关系原子反应堆用的核燃料的生产，反应堆用的钛、铝等合金材料的制备，以及用于制造火箭、超声速喷气飞机和人造卫星的材料的钛合金，都和硫酸有直接或间接的关系。从硼砂制备硼烷的过程需要多量硫酸。硼烷的衍生物是最重要的一种高能燃料。硼烷又用做制备硼氢化铀用来分离铀-235的一种原料。由此可见，硫酸与国防工业和尖端科学技术都有着密切的关系。6、农业土质方面在农业生产中，越来越多地采用硫酸改良高pH值的石灰质土壤。过去20年来，尿素-硫酸肥料的产量大幅度提高并在美国西部诸州的土壤中广泛施用。将硫酸注入牛奶场湖泊，改变湖水pH值，可解决圈养牲畜过程产生的若干空气和水质问题，将硫酸施入农用土壤和水中，其主要作用是溶解钙、镁的碳酸盐和碳酸氢盐。这些钙、镁盐然后取代可交换的钠盐，钠盐随后用水浸洗除去。当碳酸盐和碳酸氢盐被分解后，硫酸与更惰性的物质反应，释放出磷、铁等植物养分。简单地降低土壤的pH值可引起许多元素溶解度的变化，提高它们对植物的效力。在高pH值的石灰质土壤上施用硫酸，可使植物更加健壮，收成增加。危害性概述（1）健康危害：对、等组织有强烈的刺激和作用。蒸气或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊，以致；引起呼吸道刺激，重者发生和；高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引起消化道烧伤以致溃疡形成；严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等。皮肤灼伤轻者出现红斑、重者形成溃疡，愈后癍痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤，甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影响：牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。（2）环境危害：①短期过量暴露的影响吸入：吸入高浓度的硫酸酸雾能上呼吸道刺激症状，严重者发生喉头水肿、支气管炎甚至肺水肿。眼睛接触：溅入硫酸后引起结膜炎及水肿，角膜浑浊以至穿孔。皮肤接触：局部刺痛，皮肤由潮红转为暗褐色。口服：误服硫酸后，口腔、咽部、胸部和腹部立即有剧烈的灼热痛，唇、口腔、咽部均见灼伤以致形成溃疡，呕吐物及腹泻物呈黑色血性，胃肠道穿孔。口服浓硫酸致死量约为5毫升。②长期暴露的影响长期接触硫酸雾者，可有鼻粘膜萎缩伴有嗅觉减退或消失、慢性支气管炎和牙齿酸蚀等症状。（3）火灾和爆炸本品虽不燃，但很多反应却会起火或爆炸，如与金属会产生可燃性气体，与水混合会大量放热。着火时立刻用干粉、泡沫灭火等方法。【相关处理办法】1、急救措施（1）皮肤接触：先用干布试去，然后用大量水冲洗，最后用3%-5%NaHCO3溶液冲洗，严重时应立即送医院。（2）眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。（3）吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。（4）食入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。（5）安全预防：注意对硫酸雾的控制，加强通风排气。车间内要有方便的冲洗器具。【注意】1、在稀释酸时决不可将水注入酸中，只能将酸注入水中。2、身防止皮肤直接接触.用棉布先吸去皮肤上的硫酸,再用大量流动清水冲洗,最后用%的苏打水(或稀氨水)浸泡.切勿直接冲洗!!2、消防措施（1）危险特性：遇水大量放热,可发生沸溅。与易燃物（如苯）和可燃物（如糖、纤维素等）接触会发生剧烈反应，甚至引起燃烧。遇电石、高氯酸盐、雷酸盐、硝酸盐、苦味酸盐、金属粉末等猛烈反应，发生爆炸或燃烧。有强烈的腐蚀性和吸水性。（2）有害燃烧产物：二氧化硫。（3）灭火方法：消防人员必须穿全身耐酸碱消防服。【常用灭火剂】：干粉、二氧化碳、砂土。避免水流冲击物品，以免遇水会放出大量热量发生喷溅而灼伤皮肤。3、泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防酸碱工作服。不要直接接触泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用砂土、干燥石灰或苏打灰混合。也可以用大量水冲洗，洗水稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容。用泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。【注意事项】1、操作处置密闭操作，注意通风。操作尽可能机械化、自动化。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（全面罩），穿橡胶耐酸碱服，戴橡胶耐酸碱手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。远离易燃、可燃物。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与还原剂、类、碱金属接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。稀释或制备溶液时，应把酸加入水中，避免沸腾和飞溅。3、储存储存于阴凉、通风的地方。环境温度不超过35℃，相对湿度不超过85％。容器密封，应与易（可）燃物、还原剂、碱类、碱金属、食用化学