4.1.2 硫酸的工业制备和性质学案2023-2024学年高一上学期化学苏教版（2019）必修第一册

新苏教版高中化学必修1PAGEPAGE1第2课时硫酸的工业制备和性质[核心素养发展目标]1.了解工业上制备硫酸的基本原理和浓硫酸的特性及应用。2.从微观结构区分浓硫酸和稀硫酸化学性质的不同，认识从量变到质变的变化。3.认识科学探究的意义，树立科学应用化学物质促进社会可持续发展的科学发展观，培养学生的科学精神和社会责任。一、硫酸的工业制备1．硫酸的制备流程早在1000多年前，我国就已采用加热胆矾(CuSO4·5H2O)或绿矾(FeSO4·7H2O)的方法来制取硫酸。目前工业制备硫酸主要采用接触法，以硫铁矿或硫黄为原料制备硫酸。接触法制硫酸的主要设备和流程如图：根据上图回答下列问题：(1)填写下列各进口或出口物质的名称：A：硫铁矿(或硫黄)；B：炉渣；C：二氧化硫、氧气；D：尾气(SO2、O2)。(2)接触法制硫酸分为三个阶段，填写下表：阶段设备原料反应的化学方程式①SO2沸腾炉硫铁矿或硫黄4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2或S＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))SO2②SO3接触室净化后的SO2、空气2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3③H2SO4吸收塔SO3、98.3%的浓H2SO4SO3＋H2O=H2SO42.化学工业制备的要求(1)原料廉价且稳定，最好能结合本地地理环境的优势资源，以降低运输成本。(2)从环保、成本等角度选择合适的化学反应，设计合理的反应装置，对原料进行粉碎等预处理，使得原料尽可能地被富集，保证在反应中能充分接触。(3)制备流程简单高效，能耗低，反应放出的热量和剩余物质尽可能加以循环利用，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。(1)接触法制硫酸时，把硫铁矿投入沸腾炉前粉碎，是为了使其与O2充分接触，使反应加快()(2)为了防止催化剂中毒，从沸腾炉中出来的气体进入接触室前需先净化()(3)为了使SO3被浓硫酸充分吸收，吸收塔中浓硫酸采用从上向下喷()(4)接触室中安装热交换器，可以使反应过程中放出的热量得到充分利用()(5)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3，反应中体现了SO2的还原性()答案(1)√(2)√(3)√(4)√(5)√1．吸收塔中为什么不用水吸收三氧化硫？提示防止SO3溶于水时反应放出大量热导致酸雾，降低吸收效率。2．如何将浓硫酸稀释成稀硫酸？提示硫酸与水以任意比互溶，因为浓硫酸溶解时会放出大量的热，则浓硫酸的稀释方法是将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓倒入水中，并用玻璃棒不断搅拌。在硫酸工业生产中，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处喷下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SO2，可直接排入大气D．从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸答案C解析三氧化硫的吸收通常使用98.3%的浓硫酸，不用水或稀硫酸，原因是水或稀硫酸吸收三氧化硫时容易形成酸雾，吸收效率低，不利于三氧化硫的吸收；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是N2、没有起反应的O2和少量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。硫酸工业制备中的注意事项(1)工业生产硫酸中，接触室发生催化氧化时的催化剂通常用V2O5。(2)接触法制硫酸中，SO2转化为SO3时，一般采用常压，这是因为常压条件下反应时SO3的产率一般在90%以上，没有加压的必要，如果加压，会使生产成本提高。通常通入适当过量的空气以提高SO2的利用率。(3)逆流接触的吸收方法：吸收塔中采用喷淋式逆流接触，当吸收剂和SO3逆流接触时，可以使SO3充分吸收，提高吸收效率。二、浓硫酸的性质1．浓硫酸的物理性质(1)纯净的硫酸是无色、黏稠、难挥发的油状液体。(2)实验室常用的浓硫酸质量分数为98.3%，密度为1.84g·cm－3，比水大，且浓度越高密度越大。沸点高，难挥发，常温下比较稳定。2．浓硫酸的特性(1)实验探究实验操作实验现象实验结论蓝色晶体变成白色粉末浓硫酸具有吸水性①蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的炭；②品红溶液褪色浓硫酸具有脱水性、强氧化性①铜片慢慢溶解；②铜片表面有气泡产生；③品红溶液逐渐变为无色；④把反应试管里的溶液慢慢倒入水中，溶液变为蓝色浓硫酸具有强氧化性，能与Cu反应，化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(2)浓硫酸的特性①吸水性浓H2SO4能吸收空气或其他物质中的水分，常被用作干燥剂，但是不能干燥与浓H2SO4反应的气体，如NH3、H2S等。②脱水性浓H2SO4能按照水的组成比，夺取某些有机物中的氢、氧元素形成水分子，可使蔗糖、纤维素等物质脱水。③强氧化性浓H2SO4能与绝大多数金属和某些非金属发生反应，加热时表现出更强的氧化性。常温下，铁、铝遇浓H2SO4发生钝化，因此可用钢罐、铝车运输浓H2SO4。写出Cu与浓H2SO4、C与浓H2SO4反应的化学方程式，并标出双线桥。、。3．浓硫酸和硫酸盐的应用(1)浓硫酸在生产、生活和科学研究中有着广泛的应用。化肥、医药、农药的生产，金属矿石的处理，金属材料的表面清洗等都要用到硫酸。(2)硫酸盐和硫酸盐矿物也是化工生产、药物和颜料制备中的重要原料。(3)几种重要的硫酸盐①生石膏：CaSO4·2H2O、熟石膏：2CaSO4·H2O，用于石膏绷带、水泥生产。②硫酸钡，天然的硫酸钡称为重晶石。BaSO4用于钡餐、油漆、油墨、造纸等。③硫酸亚铁，生产防治缺铁性贫血的药剂，工业上生产铁系净水剂和颜料氧化铁红的原料。(1)浓硫酸可以作干燥剂，用来干燥所有气体()(2)浓硫酸使蓝色硫酸铜晶体变白，体现了吸水性，发生了物理变化()(3)可以用硫酸清洗锅炉中的水垢()(4)浓硫酸具有强氧化性，所以浓硫酸不可用于干燥SO2和CO()(5)用BaCl2溶液鉴别SOeq\o\al(2－,4)和SOeq\o\al(2－,3)()(6)铜片溶于热的浓硫酸，体现了浓硫酸的酸性和强氧化性()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√1．(2022·全国高一课时练习)下面表格中的实验操作、实验现象和结论均正确且相符的是()选项实验操作实验现象结论A将浓硫酸滴到蔗糖表面固体变黑膨胀浓硫酸有脱水性B向某溶液中滴加BaCl2溶液产生白色沉淀溶液中含有SOeq\o\al(2－,4)C将浓硫酸和铜加热，冷却后用水稀释产生有刺激性气味的气体，溶液呈蓝色浓硫酸既表现氧化性，又表现酸性D将足量锌和浓硫酸共热，将气体通入品红溶液产生有刺激性气味的气体，品红溶液褪色产生的气体只有SO2答案C解析将浓硫酸滴到蔗糖表面，固体变黑体现了浓硫酸的脱水性，同时固体膨胀，说明浓硫酸具有强氧化性，A错误；向某溶液中滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀，该白色沉淀可能是AgCl，也可能是BaSO4或BaCO3等，因此不能说明该溶液中含有SOeq\o\al(2－,4)，B错误；将浓硫酸和铜加热，产生有刺激性气味的气体，该气体为SO2，冷却后溶液用水稀释，看到溶液变为蓝色，说明有CuSO4产生，该实验说明浓硫酸既表现氧化性，又表现酸性，C正确；将足量锌和浓硫酸共热，将气体通入品红溶液，品红溶液褪色，说明反应产生SO2，发生的反应为Zn＋2H2SO4(浓)=ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，随着反应的进行硫酸浓度逐渐减小，发生的反应为Zn＋H2SO4(稀)=ZnSO4＋H2↑，因此产生的气体中既含有SO2，又含有H2，D错误。2．(2022·江西上饶中学高一阶段练习)将一定量的锌与100mL18.5mol·L－1浓硫酸充分反应后，锌完全溶解，同时生成气体A33.6L(标准状况)。将反应后的溶液稀释至1L，测得溶液的c(H＋)＝0.1mol·L－1，则下列叙述中错误的是()A．气体A为SO2和H2的混合物B．反应中共消耗Zn97.5gC．气体A中SO2和H2的体积比为4∶1D．反应中共转移3mol电子答案C解析浓硫酸与锌反应生成二氧化硫气体，随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐降低，继续与锌反应生成氢气，所以33.6L气体A为二氧化硫和氢气的混合物，A正确；生成气体的物质的量为eq\f(33.6L,22.4L·mol－1)＝1.5mol，反应后的溶液稀释至1L，测得溶液中c(H＋)＝0.1mol·L－1，所以溶液剩余硫酸的物质的量为0.05mol，参加反应的n(H2SO4)＝0.1L×18.5mol·L－1－0.05mol＝1.8mol，随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐减小，设反应生成xmolSO2，ymolH2，则Zn＋2H2SO4(浓)=ZnSO4＋SO2↑＋2H2Ox2xxZn＋H2SO4(稀)=ZnSO4＋H2↑yyy则有：x＋y＝1.5,2x＋y＝1.8，解得x＝0.3，y＝1.2，所以反应会生成0.3mol二氧化硫和1.2mol氢气，则反应中共消耗金属Zn的质量m(Zn)＝(0.3mol＋1.2mol)×65g·mol－1＝97.5g，V(SO2)∶V(H2)＝1∶4，B正确、C错误；在反应Zn＋2H2SO4(浓)=ZnSO4＋SO2↑＋2H2O中，生成0.3mol二氧化硫转移电子0.6mol，在反应Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑中，生成1.2mol氢气转移电子2.4mol，所以反应中共转移3mol电子，D正确。浓硫酸与金属反应的规律(1)浓硫酸与金属反应时，既表现酸性又表现强氧化性，而与非金属反应时，只表现强氧化性。(2)浓硫酸与不活泼金属(如铜)反应时，随着反应的进行，浓硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，就不再反应。(3)浓硫酸与活泼金属(如锌)反应时，开始浓硫酸表现强氧化性，产生二氧化硫气体；当浓硫酸变为稀硫酸时，则产生的气体为氢气。1．向浓盐酸中加入浓硫酸会产生大量白雾，下列关于原因的分析正确的是()①浓硫酸具有脱水性②浓硫酸具有吸水性③浓硫酸具有强氧化性④盐酸具有挥发性⑤盐酸具有还原性⑥气态物质的溶解度随温度的升高而降低A．①③⑥ B．②④⑥C．③⑤⑥ D．②③④⑤答案B解析向浓盐酸中加入浓硫酸会有白雾产生，说明加入的浓硫酸吸水放热，导致溶液温度升高，加快了HCl的挥发，因此该实验现象表明浓硫酸具有吸水性，盐酸具有挥发性，且气态物质的溶解度与温度有关，该实验现象与浓硫酸的脱水性、氧化性及盐酸的还原性无关。2．浓硫酸与下列物质作用时，只表现强氧化性的是()A．蓝色硫酸铜晶体 B．木材炭化C．红热的木炭 D．氧化铝答案C解析浓硫酸具有吸水性，能使蓝色硫酸铜晶体变为白色粉末；浓硫酸使木材炭化表现的是脱水性；浓硫酸与红热的木炭反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，浓硫酸只表现强氧化性；浓硫酸与氧化铝反应表现的是酸性。3．硫酸铜是制备其他铜的化合物的重要原料。同石灰乳混合可得波尔多液，用作杀菌剂。某实验小组在实验室制备硫酸铜，在试管中放入一块铜片，注入一定体积的浓硫酸，给试管加热，使之反应。(1)若铜片还有剩余，硫酸__________(填“已”或“没有”)消耗完毕。其理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。设计一个实验证明你的结论，写出你所设计实验的反应原理：____________________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。(2)欲观察生成的CuSO4溶液的颜色，应采取的操作是____________________