新苏教版高中化学必修1学案 5：4.1.2 硫酸的工业制备和性质

新苏教版高中化学必修1PAGEPAGE1第一单元含硫化合物的性质第2课时硫酸的工业制备和的性质【学习目标】1．了解硫酸的工业制法，培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。2．能根据硫酸的性质，设计简单的实验方案，完成操作，观察现象，并对实验现象作出解释，培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。【知识梳理】一、硫酸的工业制备——接触法1．流程与设备2．三个步骤、原料、设备和反应原理三步骤三原料三设备三反应原理造气S或S＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))SO2或4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高温))8SO2＋2Fe2O3接触氧化SO3吸收[问题探讨]1．如何选择工业制硫酸的方法？2．为什么叫沸腾炉？从沸腾炉出来的二氧化硫气体为什么需除尘、净化？3．接触室中的热交换器起什么作用？4．为什么要用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫而不用水？浓硫酸为什么从塔顶喷下？[名师点拨]1．工业制硫酸中为了提高硫酸的产率采取的措施(1)适当增加反应物浓度。燃烧硫铁矿时通入过量的廉价空气使之充分燃烧。(2)增大接触面积。粉碎硫铁矿，吸收塔中填充瓷环，采取逆流方式。(3)使用催化剂。接触室中用V2O5作催化剂，加快反应速率。(4)循环利用反应物。吸收塔上部导出的气体再次通入接触室，进行第二次氧化、再吸收。2．工业制硫酸中的“三废”处理(1)废气：尾气中主要含有N2、O2、SO2、SO3，直接排放会污染大气。常见的处理方法有碱液吸收法等。用氨水吸收：SO2＋2NH3·H2O=(NH4)2SO3＋H2O、SO2＋NH3·H2O=NH4HSO3。当吸收液中NH4HSO3达一定浓度后，再与浓硫酸反应放出SO2气体，生成硫酸铵：2NH4HSO3＋H2SO4=(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑。(NH4)2SO4作肥料，SO2重新通入接触室被氧化，循环利用。(2)废液：呈酸性，用石灰乳处理污水。(3)废渣：含Fe2O3，可用作炼铁原料，或用作制水泥、制砖的原料等。3．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。对点练习：1．下列关于工业制硫酸的说法不正确的是()A．硫燃烧生成SO3B．SO3与水反应生成H2SO4C．SO2被氧化为SO3需要使用催化剂D．主要设备是沸腾炉、接触室、吸收塔2．在硫酸的工业制法中，下列生产操作和主要原因均正确的是()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需净化，因为炉气中的SO2会与杂质反应C.SO2氧化成SO3，SO2能全部转化为SO3D．SO3用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全3.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处喷下98.3%的硫酸，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硫酸4.在工业生产硫酸的过程中，为了有利于SO2的转化，且能够充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室，如图所示。按此密闭体系中气体的流向，在A处流出的气体为()A．SO2B．SO3、O2C．SO2、O2D．SO3、SO2二、浓硫酸的性质实验序号实验操作实验现象实验1蓝色晶体变成色粉末实验2①蔗糖逐渐变，体积，形成疏松多孔的海绵状的炭②品红溶液褪色实验3①铜片慢慢溶解②铜片表面③品红溶液逐渐变为色④把反应试管里的溶液慢慢倒入水中，溶液变为色[问题探讨]某实验小组试用下图所列各装置设计一个实验，来验证实验2的各种产物。编号①②③④装置1．装置的连接顺序(按产物气流从左至右的方向)是怎样的？2．实验时可观察到①中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色。A、B、C三瓶溶液的作用分别是什么？3．②中所加固体药品是什么？可验证的产物是什么？确定②在整套装置中位置的理由是什么？4．③中所盛溶液是什么？可验证哪一种产物？核心归纳：1．浓硫酸的性质(1)物理性质实验室常用的浓H2SO4质量分数为98.3%，为无色油状液体，密度大(1.84g·cm－3)，沸点高，难挥发，易溶于水，溶于水时放出大量的热，所以稀释浓H2SO4时，应将浓H2SO4沿器壁慢慢注入水中并不断搅拌。(2)浓硫酸的特性吸水性浓硫酸能吸收物质中游离的水，可以是物理变化，也可以是化学变化。常用作气体干燥剂，如干燥O2、H2、SO2、CO2、HCl、Cl2等，但不能干燥NH3、H2S、HI等。需密封保存脱水性将有机物中的H、O以原子数2∶1的比例脱去，如使蔗糖变黑。因此，浓硫酸对皮肤、衣物有很强的腐蚀性，如果不慎在皮肤、衣服上沾上浓硫酸，应立即用大量水冲洗，然后涂上稀的NaHCO3溶液强氧化性①常温下，铁、铝遇浓硫酸钝化②与Cu反应：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O③与C反应：C＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O2．浓硫酸强氧化性的几种体现反应物变化或反应表现性质活泼金属铁、铝常温下，铁、铝遇到浓硫酸时发生钝化强氧化性锌等其他活泼金属加热时，反应生成硫酸盐和SO2强氧化性和酸性与浓硫酸反应时，开始产生SO2，后来产生H2较不活泼金属(如铜、银等)金属＋浓硫酸eq\o(→,\s\up7(△))高价态硫酸盐＋SO2↑＋H2O碳、硫、磷等非金属非金属单质＋浓硫酸eq\o(→,\s\up7(△))高价态氧化物或含氧酸＋SO2↑＋H2O强氧化性还原性物质能将还原性物质(如H2S、HI)氧化，如：H2S＋H2SO4(浓)=S↓＋SO2↑＋2H2O3．硫酸的用途(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)制备硫酸盐等。(3)几种重要的硫酸盐物质存在形式主要用途硫酸钙(生)石膏CaSO4·2H2Oeq\o(→,\s\up7(150℃))熟石膏2CaSO4·H2O制模型、医疗石膏绷带，调节水泥的凝结时间等硫酸钡重晶石BaSO4钡餐、白色颜料、作高档油漆、油墨、造纸、塑料、橡胶的原料及填充剂硫酸亚铁绿矾FeSO4·7H2O作补血剂、制净水剂和颜料铁红的原料[名师点拨]1．浓硫酸吸水性、脱水性的区别(1)吸水性：浓硫酸能吸收物质中游离的水，如气体、液体中的水分子，以及固体中的结晶水等。可以是物理变化，也可以是化学变化，如浓硫酸吸收CuSO4·5H2O晶体中的结晶水。(2)脱水性：物质中本来无水分子，浓硫酸可将有机物中的H、O原子按2∶1比例以“H2O”的形式脱去，如可以使蔗糖、纤维素、纸张等脱水炭化。2．浓硫酸与金属的反应注意“量变”引起的“质变”(1)浓硫酸参加的反应，随着反应的进行，因水的生成和硫酸的消耗会造成硫酸浓度的减小进而引起“质变”。如浓硫酸与Zn的反应。(2)铁和浓硫酸在加热条件下可发生反应，但生成物决定于铁的量，铁不足生成Fe3＋，铁过量生成Fe2＋。对点练习：1．浓硫酸在下列物质的转化中，既表现出氧化性，又表现出酸性的是()A．Cu→CuSO4 B．C→CO2C．蔗糖→“黑面包” D．Fe2O3→Fe2(SO4)32．下列关于鉴别1mol·L－1的稀硫酸和98%的浓硫酸的叙述正确的是()A．常温下用pH试纸测定两溶液的pH，pH小的是浓硫酸B．常温下可以用铜片鉴别两种溶液C．铝片不能用于鉴别两种溶液D．两溶液敞口在空气中放置一段时间后质量明显增大的是浓硫酸3．某化学兴趣小组为探究浓硫酸和二氧化硫的性质，设计了如下图所示的装置进行实验(夹持装置已省略)：请回答：(1)用“可抽动铜丝”代替“直接投入铜片”的优点是________________________。(2)说明SO2气体产生的实验现象是________________________。装置⑤的作用是______________________。(3)为了验证SO2是酸性氧化物，③中可选择的试剂是________(填字母，下同)。A．澄清石灰水 B．饱和食盐水C．碘水 D．品红溶液(4)下列说法正确的是________。A．实验开始后，②和④中溶液均褪色，两者均可证明SO2具有漂白性B．反应后，将①试管中的白色固体加入水中，溶液呈蓝色C．先向装置中加入试剂(药品)，再进行气密性检查D．⑤中的NaOH溶液可用Na2CO3溶液代替(5)若将抽动的铜丝换成炭块进行反应，写出反应的化学方程式________________________；该反应体现浓硫酸的________(选填“脱水性”“吸水性”“强氧化性”“酸性”)。【当堂检测】1．下列有关浓硫酸的叙述正确的是()A．冷的浓硫酸使铁、铝钝化属于化学变化B．浓硫酸与金属活动性顺序中在氢后面的金属反应生成的气体一般为SO2，与氢前面的金属反应生成的气体一般为H2C.浓硫酸具有吸水性，可以干燥NH3、H2等气体D．浓硫酸是难挥发性强酸，氢硫酸是挥发性弱酸，所以可用浓硫酸与FeS反应制取H2S气体2．下列物质的俗称、化学式、主要用途都正确的是()A．石膏(2CaSO4·H2O)：用于制造各种模型B．纯碱(NaHCO3)：用于制玻璃、肥皂、造纸、纺织C．硫酸钡(BaSO4)：作白色颜料、钡餐D．胆矾(CuSO4)：用于制造农药3．实验室有两瓶硫酸，分别是浓硫酸和稀硫酸，但由于同学的粗心将标签弄混了。请你帮助该同学选择既简单又可靠的区分方法()A．与铜片反应B．与石蕊溶液反应C．用玻璃棒各蘸少许涂在纸上D．加入锌片看是否有气体生成4．某课外活动小组的同学在实验室做锌与浓硫酸反应的实验中，甲同学认为产生的气体是二氧化硫，而乙同学认为除二氧化硫气体外，还可能产生氢气。为了验证哪位同学的判断正确，丙同学设计了图中的实验装置(锌与浓硫酸共热时产生的气体为X，且该反应装置略去)。试回答下列问题：(1)上述反应中生成二氧化硫的化学方程式为______________________________。(2)乙同学认为还可能产生氢气的理由是______________________________。(3)A中加入的试剂可能是____________，作用是____________；B中加入的试剂可能是______________，作用是____________；E中加入的试剂可能是____________，作用是______________________________。(4)可以证明气体X中含有氢气的实验现象：C中______________________________，D中______________________________。【参考答案】【知识梳理】一、硫酸的工业制备——接触法2．FeS2沸腾炉空气接触室2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO398.3%浓硫酸吸收塔SO3＋H2O=H2SO4[问题探讨]1．提示：一方面：从原料的来源、反应条件、反应过程等考虑。从硫元素化合价变化、物质类别两个角度分析物质转变流程：FeS2(S)→SO2→SO3→H2SO4，一般的燃烧条件不足以使FeS2或硫生成SO3，需要催化剂、450℃左右才能使SO2转化为SO32．提示：硫铁矿被从炉底通入的空气吹得像沸腾了的液体一样，所以叫沸腾炉。从沸腾炉出来的二氧化硫混有杂质，直接通入接触室中会使接触室中的催化剂“中毒”，混有的水蒸气对生产和设备有不良影响，因此炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。3．提示：接触室中二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应过程放热，同时该反应又需要在450℃4．提示：防止三氧化硫溶于水或稀硫酸时反应放出大量热，形成酸雾，降低吸收效率。浓硫酸从塔顶喷下，目的是增大三氧化硫与吸收剂浓硫酸的接触面积，提高吸收效率。对点练习：1．解析：选A硫燃烧生成SO2，故A错误。2．解析：选D硫铁矿燃烧前要粉碎，目的是增大接触面积，使矿石燃烧更充分，A错误；从沸腾炉中出来的气体含有杂质，会造成催化剂中毒，使催化剂失去催化作用，B错误；SO2氧化成SO3的反应是可逆反应，SO2不能全部转化为SO3，C错误；D正确。3.解析：选C从吸收塔上部导出的气体有N2、未参与反应的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，故C错误。4.解析：选C干燥的SO2与O2发生化学反应的有利条件是催化剂和约450℃的温度。在通常状况下SO2与O2不发生反应，即使在加热的条件下也基本上不发生反应。从热交换器(或接触室)左侧进入的是SO2与O2的混合气体，在热交换器内只是被加热升高温度，没有与催化剂接触，基本上没有SO3生成。从热交换器内出来的热SO2与O2的混合气体，进入接触室内的催化剂区域后，发生可逆反应，生成SO3二、浓硫酸的性质白黑膨胀有气泡生成无蓝[问题探讨]1．提示：实验的目的是要将三种气态产物一一验证出来。由题中所给的各种装置可知：④是反应发生器；①中有品红溶液，可用来验证SO2；③中装有某种水溶液，显然可用来验证CO2；②是反应管，可验证水蒸气。由于①③中装的都是水溶液，气流经过后一定会带出水蒸气，所以必须先用②验证产物中的水蒸气，然后再验证SO2和CO2，不然就不能验证水蒸气一定是反应产物；由于SO2和CO2都能与石灰水反应，使澄清石灰水变浑浊，因此从②出来的气体必须先经过①验证和除去SO2后再进入③验证CO2，由此可以得出正确的连接顺序应当是④②①③。2．提示：A瓶中品红溶液褪色，可证明产物中有SO2，C瓶溶液不褪色说明进入C瓶的气体中已没有SO2，从而推断出B瓶溶液的作用是氧化吸收从A瓶出来的气体中的SO2，因而C瓶溶液的作用是确认气流中SO2已被B瓶溶液全部吸收。3．提示：因为②是验证水蒸气的，所以其中固体药品必是可与水结合，而且有可观察到明显现象变化的物质，中学中熟悉的是白色无水硫酸铜遇水变蓝，或变色硅胶遇水由蓝色变为粉红色。确定②位置的理由如1中所述。4．提示：由于从①中C瓶出来的气流中已确认没有SO2，因此③中所盛溶液必定是澄清石灰水，用来验证气流中的CO2。对点练习：1．解析：选AA项，Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O，H2SO4中S元素的化合价既有降低的，又有不变的，既表现氧化性又表现酸性；B项，C＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，只表现氧化性；C项，蔗糖C12H22O11→C体现脱水性；D项，Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O，只体现酸性。2．解析：选D1mol·L－1稀硫酸的酸度不能用pH试纸测定，因为pH试纸通常测定pH为1到14的溶液，pH试纸也不能测定浓硫酸的pH，因为浓硫酸使试纸脱水炭化，故A项错误；常温下铜与稀硫酸和浓硫酸都不反应，不能鉴别两种溶液，故B项错误；铝片与稀硫酸反应能够产生气泡，与浓硫酸无明显现象，可以鉴别两种溶液，故C项错误；浓硫酸具有吸水性，两溶液敞口在空气中放置一段时间，质量明显增大的是浓硫酸，故D项正确。3．解析：(1)在加热的条件下，当Cu丝与浓硫酸接触时才能反应，当往上抽动Cu丝时，Cu丝与浓硫酸不接触，反应停止，所以用“可抽动铜丝”的优点是便于控制反应的发生和停止。(2)二氧化硫能使品红溶液褪色；装置⑤中的溶液是碱液，能吸收酸性物质，其作用是吸收SO2气体，防止污染空气。(3)A.澄清石灰水属于碱溶液，二氧化硫和氢氧化钙反应生成亚硫酸钙白色沉淀，所以能验证二氧化硫是酸性氧化物，故正确；B.饱和食盐水和二氧化硫不反应，不能验证，故错误；C.碘水和二氧化硫发生氧化还原反应生成HI和硫酸，该反应中体现二氧化硫的还原性，不能验证，故错误；D.二氧化硫能使品红溶液褪色而体现二氧化硫的漂白性，不能验证二氧化硫是酸性氧化物，故错误。(4)A.实验开始后，二氧化硫使品红溶液褪色体现其漂白性，使酸性高锰酸钾溶液褪色体现其还原性，所以二者褪色原理不同，故错误；B.反应后，将①试管中的白色固体硫酸铜，加入水中，溶液呈蓝色，故正确；C.加入药品之前先检查装置气密性，否则得不到气体，故错误；D.碳酸钠溶液呈碱性，可吸收二氧化硫，反应生成亚硫酸钠，故正确。(5)若将抽动的铜丝换成炭块进行反应，加热条件下，C和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应的化学方程式为C＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))2SO2↑＋CO2↑＋2H2O；反应中，碳单质被浓硫酸氧化，该反应体现浓硫酸的强氧化性。答案：(1)便于控制反应的发生和停止(2)品红溶液褪色吸收SO2气体，防止污染空气(3)A(4)BD(5)C＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))2SO