2023-2023学年苏教版必修第一册 4-1-2 硫酸的工业制备　浓硫酸的性质 学案

第2课时硫酸的工业制备浓硫酸的性质研习一硫酸的工业制备[自读教材]1．接触法制备硫酸(1)硫酸工业主要设备与流程(2)硫酸工业三原料硫铁矿(主要成分是______)空气98.3%的浓H2SO4三阶段造气接触氧化SO3的吸收和H2SO4的生成三反应4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up14(高温))2Fe2O3＋8SO22SO2＋O2eq\o(,\s\up14(催化剂),\s\do14(△))2SO3SO3＋H2O=H2SO4三设备沸腾炉产生的SO2经________，防止接触室中催化剂中毒接触室热交换器的作用：利用________原理，反应放出的热量预热SO2和O2，同时冷却生成的SO3吸收塔用98.3%浓H2SO4吸收SO3，不用水吸收，防止SO3溶于水反应放热导致________答案：(1)沸腾接触室吸收塔(2)FeS2除尘净化逆流酸雾2．硫酸工业(1)硫铁矿工艺：产生________、废气，但原料丰富。(2)硫黄工艺：含杂质少，废气少，不产生矿渣，但硫黄价格________。(3)化学工业制备的要求①原料廉价且稳定，能降低运输成本。②从环保、成本等角度选择合适的反应、设计合理的装置。③制备流程简单高效，能耗低，尽可能采用循环利用，生成的副产物较少。④制备过程绿色环保，没有使用或生成对环境有害的物质，若有，须对有害物质进行无害化处理。答案：(1)矿渣(2)高[演习经典]1．(2021·海口检测)工业上用“接触法”生产硫酸。下列有关说法中正确的是()A．硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块硫铁矿不能燃烧B．从沸腾炉出来的气体只有SO2C．SO2氧化成SO3时，SO2能全部转化为SO3D．SO3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：A项中，将硫铁矿粉碎是增大其与空气的接触面积，使燃烧更快、更充分，并不是大块硫铁矿不能燃烧；B项中，从沸腾炉中出来的气体除SO2外，还有未反应的N2、O2等；C项中，SO2转化为SO3为可逆反应，反应体系中SO2不可能完全转化为SO3；D项中，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，充分吸收SO3。2．在硫酸的工业生产过程中，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。下列有关说法不正确的是()A．从①处通入SO3，整个吸收操作采取逆流的形式B．从②处加入98.3%的浓硫酸，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的SO2，可直接排入空气中D．从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸答案：C解析：首先明确装置(设备)在吸收SO3过程中是采用逆流原理进行的，即98.3%的浓硫酸是从吸收塔顶加入，而SO3是从吸收塔底部通入的。吸收SO3通常使用98.3%的浓硫酸，不用水或稀硫酸，原因是用水或稀硫酸吸收SO3时容易形成酸雾，吸收效率降低，不利于SO3的完全吸收。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含有SO2，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。3．某硫酸厂制备硫酸的过程中，煅烧硫铁矿时损失硫5%(质量分数)，在SO2的催化氧化时有92%的SO2转化为SO3；在吸收塔中损失的SO3为0.6%。现有含FeS295%的硫铁矿(杂质不含硫元素)100t，则可制得98%的浓硫酸________t。答案：137.55解析：题中发生的反应有①4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up14(高温))2Fe2O3＋8SO2，②2SO2＋O2eq\o(,\s\up14(催化剂),\s\do14(△))2SO3，③SO3＋H2O=H2SO4，关系式为FeS2～2H2SO4。实际用于生产H2SO4的FeS2的质量为100t×95%×(1－0.6%)×92%×(1－5%)≈82.532t设可制得98%的浓硫酸xt，有FeS2～2H2SO41202×9882．532txt×98%解得x≈137.55，即可制得98%的浓硫酸137.55t。研习二浓硫酸的性质[自读教材]1．浓硫酸的物理性质纯净的硫酸是一种无色、________状、黏稠的液体，沸点高，难挥发。常用的浓硫酸为质量分数为________，密度为1.84g·cm－3，物质的量浓度约为18.5mol·L－1，腐蚀性较强，易溶于水，能以任意比例与水混溶，溶于水时会放出大量的________。答案：油98.3%热2．实验探究浓硫酸的化学性质实验操作实验现象实验结论涉及的反应向表面皿中加入少量胆矾，再加入约3mL浓硫酸，搅拌，观察实验现象蓝色晶体变成________色粉末浓硫酸具有______性CuSO4·5H2Oeq\o(=,\s\up14(浓H2SO4))CuSO4＋5H2O取2g蔗糖(C12H22O11)放入大试管中，加2～3滴水，再加入约3mL浓硫酸，迅速搅拌，然后塞紧带玻璃导管的橡皮塞，将玻璃导管的另一端插入盛有品红溶液的试管中，观察实验现象蔗糖逐渐变________，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的物质，品红溶液________浓硫酸具有______性，且能________碳单质，本身被还原为SO2C12H22O11eq\o(=,\s\up14(浓H2SO4))12C＋11H2OC＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up14(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O将一小片铜片放入试管中，然后加入2mL浓硫酸，用下列装置进行实验，观察实验现象加热前铜片在浓硫酸中无明显现象；加热后，铜片逐渐________，表面有________产生，试管中有________固体产生，溶液逐渐变绿；品红溶液褪色浓硫酸具有____________性Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up14(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O答案：白吸水黑褪色脱水氧化溶解气泡白色强氧化3．硫酸的应用在生产、生活中有广泛应用，如化肥、医药、农药的生产，金属矿石的处理，金属材料表面清洗等。4．重要的硫酸盐名称性质及应用硫酸钙(CaSO4)石膏(CaSO4·2H2O)，也称为________；熟石膏(2CaSO4·H2O)与水混合很快凝固，作各种模型和________绷带；调节水泥的________时间硫酸钡(BaSO4)天然的硫酸钡称为________，不溶于水，也不易被________透过，作检查肠胃的内服药剂，俗称________；作白色颜料，油漆、油墨、造纸、塑料、橡胶的原料及填充剂硫酸亚铁(FeSO4)绿矾(FeSO4·7H2O)，可用于生产防治________的药剂；生产净水剂和颜料铁红(Fe2O3)的原料答案：生石膏石膏凝结重晶石X射线钡餐缺铁性贫血[研习重难]浓硫酸的特性[演习经典]1．下列有关硫酸的化学事实及其表现出的性质(括号中)的描述中，正确的是()A．久置在敞口容器中的浓硫酸，溶液质量增大(脱水性)B．在加热条件下铁与浓硫酸的反应(氧化性、酸性)C．蔗糖与浓硫酸反应的“黑面包”实验(吸水性)D．浓硫酸与氯化钠固体反应得到HCl气体(强酸性)答案：B解析：久置在敞口容器中的浓硫酸，由于浓硫酸的吸水性，溶液的质量增大，选项A错误；加热条件下Fe与浓硫酸的反应体现了浓硫酸的强氧化性和酸性，选项B正确；“黑面包”的生成体现了浓硫酸的脱水性和强氧化性，选项C错误；用浓硫酸制取HCl气体利用了浓硫酸沸点高、难挥发的性质，选项D错误。2．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．浓硫酸与单质硫反应的方程式为S＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up14(△))3SO2↑＋2H2O，在此反应中，浓硫酸既表现了其强氧化性，又表现了其酸性C．把足量铜粉投入只含有2molH2SO4的浓硫酸中，得到气体体积在标准状况下为22.4LD．常温下能够用铁、铝等容器盛放浓硫酸，是因为浓硫酸的强氧化性使其钝化答案：D解析：A项，浓硫酸具有吸水性，但由于其具有强氧化性和酸性，故不能用来干燥具有还原性的气体和碱性气体(NH3)；B项，金属与浓硫酸反应时，生成相应的盐和SO2，此时浓硫酸显示酸性和强氧化性，而与S、C等非金属单质作用时，由于没有盐生成，故只显示强氧化性；C项，Cu与浓硫酸反应时，浓硫酸浓度逐渐降低，当降到一定程度时变为稀硫酸，反应自行停止，故产生的SO2在标准状况下不足22.4L。3．(2021·郑州检测)用如图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验说法中合理的是()A．上下移动①中铜丝可控制SO2的量B．①中反应完后溶液呈蓝色C．③中选用品红溶液吸收多余的SO2D．为确认有CuSO4生成，向①中加水，观察颜色答案：A解析：通过控制Cu丝与浓H2SO4的接触和脱离可控制产生SO2的量，故A项正确；Cu与浓H2SO4反应完后，溶液仍为浓H2SO4，生成的CuSO4在浓硫酸中不能以离子形式存在，故溶液呈棕色不呈蓝色，为确认有CuSO4生成，将①倒入水中，观察颜色，故B、D项错误；③是尾气处理装置，但品红只能用于检验SO2，应用NaOH溶液吸收多余的SO2，故C项错误。4．某报刊曾报道下面一段新闻“某日凌晨，一辆载有浓硫酸的罐车在某境内侧翻。从车中流出的硫酸使路边杂草等被腐蚀成黑色，上面泛起黑色的泡沫，空气中到处弥漫着刺鼻的气味。”请用化学知识解释下列问题：(1)“从车中流出的硫酸使路边杂草等被腐蚀成黑色”其原因是________________________________________________________________________。(2)浓硫酸为不挥发性强酸，“空气中到处弥漫着刺鼻的气味”的原因是________________________________________________________________________。(3)该运载硫酸的罐车可能是用________制造的。(4)写出两种鉴别浓硫酸和稀硫酸的简单方法：________________________________________________________________________。答案：(1)浓硫酸具有脱水性，使杂草炭化(2)碳与浓硫酸反应生成SO2(3)铁或铝(4)方法一：分别取少量样品于两支试管中，分别加入铁片或铝片，有气体生成的是稀盐酸，没有明显现象的是浓硫酸。方法二：分别取少量样品于两支试管中，分别加入CuSO4·5H2O晶体，晶体溶解溶液呈蓝色的是稀硫酸，固体由蓝色变成白色的是浓硫酸(其他合理答案也可)研习三金属与浓硫酸反应计算[研习重难]1．金属与浓H2SO4反应计算技巧注意：利用n(SO2)讨论显示氧化性H2SO4的物质的量，利用n(SOeq\o\al(2－,4))讨论显示酸性H2SO4的物质的量。2．铁与浓H2SO4加热时反应2Fe＋6H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up14(△))Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O(浓H2SO4过量)Fe＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up14(△))FeSO4＋SO2↑＋2H2O(Fe过量)Fe＋H2SO4(稀)=FeSO4＋H2↑(副反应发生)[演习经典]1．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()A．小于0.45molB．等于0.45molC．在0.45～0.90mol之间D．大于0.45mol答案：A解析：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up14(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O，被还原的硫酸的物质的量理论上应是参加反应的硫酸的一半，但随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐降低，而铜与稀硫酸并不反应，因此，被还原的硫酸的物质的量应小于一半，则50mL18mol·L－1H2SO4溶液中加入足量的铜片并加热后被还原的硫酸的物质的量应小于0.45mol。2．(2021·福建莆田一中检测)下图是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()eq\x(\a\al(硫酸化学纯CP500mL,品名：硫酸,化学式：H2SO4,相对分子质量：98,密度：1.84g·cm－3,质量分数：98%))A．该硫酸试剂的物质的量浓度为18.4mol·L－1B．稀释该硫酸时应把水倒入硫酸中，