高中化学必修1学案专题4第一单元第2课时硫酸的制备和性质

第2课时硫酸的制备和性质一、稀硫酸——具有酸的通性1．与指示剂作用：能使紫色石蕊试液变红。2．与活泼金属反应，生成盐和氢气，Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑。3．与碱性氧化物反应，生成盐和水；CuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O。4．与碱反应，生成盐和水；2NaOH＋H2SO4=Na2SO4＋2H2O。5．与某些盐反应：H2SO4＋Na2CO3=Na2SO4＋H2O＋CO2↑。二、浓硫酸的性质浓H2SO4是无色黏稠油状液体，难挥发，能以任意比与水混溶，常用98%的浓H2SO4的密度为1.84g·cm－3，物质的量浓度为18.4mol·L－1。三、浓硫酸的化学性质1．浓硫酸是二元强酸，具有酸的通性。2．浓硫酸的特性。(1)脱水性。浓硫酸能把有机物中的H、O元素按原子个数比21脱去，留下黑色炭。例如，浓硫酸能使蔗糖炭化。(2)吸水性。浓硫酸能够吸收游离态的水或结晶水，可用做干燥剂。(3)强氧化性。①与Cu反应。化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。②与铁、铝反应。常温下，浓硫酸可以使铁、铝钝化，即铁、铝表面被浓硫酸氧化为致密的氧化物薄膜，阻止了酸与内层金属的进一步反应，所以可以用铁、铝制容器来盛装浓硫酸。③与非金属反应。化学方程式为C＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。铜与浓硫酸反应：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(浓硫酸作用：氧化性、酸性)；火热木炭与浓硫酸反应：C＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O(浓硫酸作用：氧化性)；溴化氢被浓硫酸氧化：2HBr＋H2SO4(浓)=SO2↑＋Br2＋2H2O(浓硫酸作用：氧化性)；硫化氢被浓硫酸氧化：H2S＋H2SO4(浓)=S↓＋SO2↑＋2H2O(浓硫酸作用：氧化性)。在以上反应中，浓硫酸一般被还原为SO2。四、硫酸的工业制法接触法制备硫酸的工艺包含三个步骤，请写出方程式：1．硫黄(或含硫矿石，如二硫化亚铁FeS2)在沸腾炉中与氧气反应生成二氧化硫。化学方程式S＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))SO2或4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up17(高温))2Fe2O3＋8SO2。2．二氧化硫在催化剂作用下与氧气反应生成三氧化硫。化学方程式2SO2＋O2eq\o(,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))2SO3。3．三氧化硫与水反应生成硫酸。化学方程式SO3＋H2O=H2SO4。五、几种重要的硫酸盐探究点一浓硫酸与稀硫酸1．浓硫酸与稀硫酸的比较2.浓硫酸与稀硫酸的鉴别方法酸的氧化性与氧化性酸有何区别？提示：(1)酸的氧化性是H＋的性质，是酸的通性，所有的酸都具有此性质，H＋的氧化性较弱，它只能氧化活动性排在氢前面的金属。(2)氧化性酸是指酸根中显正价的元素表现出来的性质，如Heq\o(N,\s\up6(＋5))O3、H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4(浓)、Heq\o(Cl,\s\up6(＋1))O等，它们的氧化性非常强，不仅能氧化排在氢前面的金属，还能氧化排在氢后面的金属及非金属。例如：浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸都是强氧化性酸。【例1】某研究小组成员在讨论鉴别浓硫酸和稀硫酸时，设计了如下方案：(1)其中可行的是________(填序号)。(2)其中一个稍作改进就能成为可行方案的是________，改进方法是________________________________________________________________________。(3)完全错误的是________，因为________________________________________________________________________。【思路分析】(1)甲、丙、戊分别利用浓硫酸的脱水性、溶解时放出大量的热、吸水性设计，方案可行。(2)乙中浓硫酸使铝钝化，加热即可反应。而常温下铝片可与稀硫酸反应产生H2。(3)丁错误，挥发性酸遇浓氨水才能产生白烟，浓硫酸不属于挥发性酸。【答案】(1)甲、丙、戊(2)乙增加加热条件(或将结论改为常温下反应产生气体的为稀硫酸)(3)丁硫酸是高沸点酸，没有挥发性浓硫酸和2mol·L－1的稀硫酸，在实验室中敞口放置。它们的质量随放置天数的变化如图。分析a、b曲线变化的原因是(B)A．a升华、b冷凝 B．a挥发、b吸水C．a蒸发、b潮解 D．a冷凝、b吸水解析：本题考查学生对浓、稀硫酸在吸水与其中水分挥发的差异。浓H2SO4敞口放置时，易吸收空气中的H2O而增重，稀H2SO4敞口放置水分挥发，质量减小。两种溶液都存在吸水与水分的挥发两个过程，只不过浓H2SO4以吸收水分为主，溶液质量增加；而2mol·L－1的稀H2SO4以水分挥发为主，质量减小。探究点二浓硫酸的特性1．浓硫酸吸水性和脱水性的区别浓硫酸吸水是把物质本身中自由的水或结晶水吸收。浓硫酸脱水是把本身不含水的有机物中的氢元素和氧元素按水的组成比脱去。所以，二者的本质区别是物质中有没有现成的水分子。浓硫酸能够吸收空气中的水分和其他物质表面的水分，因此浓硫酸常用作干燥剂。但是它不能用来干燥碱性气体(如NH3)和强还原性气体(如H2S)。2．浓硫酸的强氧化性的表现(1)Fe、Al的钝化。常温下，当Fe、Al等较活泼金属遇到浓硫酸时，会与浓硫酸发生反应，表面生成一层致密的氧化物薄膜而出现“钝化”现象。(2)与不活泼金属和非金属的反应。由于浓硫酸具有强氧化性，故存在与稀硫酸不同的化学性质，能够与不活泼金属或非金属发生反应，反应过程中有如下规律：①反应要加热；②还原产物一般是SO2。一般金属被氧化为高价态的硫酸盐，非金属被氧化为高价态氧化物或含氧酸；③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；④随着反应的进行，浓硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，反应就停止。特别提醒：足量的活泼金属Zn与浓硫酸反应时，开始阶段浓硫酸体现其强氧化性，产生SO2气体，随着反应的进行，当浓硫酸变为稀硫酸时，Zn与稀硫酸反应产生H2。1．浓硫酸与蔗糖的反应中，表现了浓硫酸的哪些性质？提示：在该实验中，浓硫酸脱去蔗糖中的氢、氧元素，把蔗糖中的碳氧化为CO2，同时自身部分被还原为SO2，表现出脱水性和氧化性，但主要表现为脱水性。2．浓硫酸和稀硫酸都有氧化性，只是氧化性的强弱不同，二者氧化性的原理是否相同？提示：不相同。浓硫酸表现强氧化性，是SOeq\o\al(2－,4)的＋6价S易被还原。而稀硫酸的弱氧化性是酸中的H＋被还原，H＋氧化性比SOeq\o\al(2－,4)弱得多。3．1L18.4mol·L－1的浓硫酸与足量铜反应时，生成9.2molSO2气体吗？提示：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O，随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐降低，待变为稀硫酸时反应停止，故含18.4molH2SO4溶质的浓硫酸与足量Cu反应时，产生SO2的物质的量小于9.2mol。【例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\up17(△))3SO2↑＋2H2O，在此反应中，浓硫酸既表现了强氧化性又表现了酸性C．把足量铜粉投入到含H2SO42mol的浓硫酸中，得到气体体积标准状况下为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【思路分析】判断某酸在化学反应中是否表现出了酸性，只需看该酸是否提供酸根离子生成了盐，如果生成了该酸对应的盐，则表现了酸性。【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、SO2和H2O，此时浓硫酸显酸性和强氧化性，而与S、C等非金属单质作用时，由于没有盐生成，故只显强氧化性；C项Cu与浓硫酸反应时，浓硫酸浓度逐渐降低，当反应到一定程度变为稀硫酸时，反应自行停止，故产生的SO2不足22.4L；D项因为浓硫酸的强氧化性使Fe、Al发生钝化，所以可以用来盛放浓硫酸，D正确。故正确答案为D。【答案】D某小组同学为探究铜跟浓硫酸的反应情况，并收集一瓶反应产生的气体，设计了如图所示装置。实验中他们取6.4g铜片与12mL18mol/L浓硫酸放在圆底烧瓶中加热，直到反应完毕仍发现烧瓶中有铜剩余。(1)为防止空气污染，请补画如图虚框中的实验装置，并注明所需要的试剂名称。答案：(2)写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(3)该小组认为铜片未完全溶解，则瓶中可能还有一定量的硫酸剩余，其原因是：反应过程中H2SO4被不断消耗，且生成的水逐渐增多使浓硫酸浓度变稀，至一定浓度时就不再与铜片反应。(4)为证明反应结束后的烧瓶中确有余酸，可选用下列药品中的AD(填写字母序号)。A．铁粉 B．BaCl2溶液C．银粉 D．Na2CO3溶液探究点三硫酸工业制备1．流程与制备2．要点知识【例3】下列说法正确的是()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，使SO3吸收完全【解析】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，A项错误；从沸腾炉出来的气体除SO2外，还有O2、N2等，B项错误；SO2转化为SO3为可逆反应，正、逆反应同时进行，故SO2不可能全部转化为SO3，C项错误；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H2SO4吸收，则不会出现酸雾，能把SO3吸收完全，D项正确。【答案】D某小组同学设计如下装置来检验SO2与O2反应后混合气体的成分。已知：SO3遇水剧烈反应，放出大量热，产生酸雾；98.3%的浓H2SO4可以吸收SO3和酸雾。供选试剂：蒸馏水、0.5mol·L－1BaCl2溶液、98.3%的浓H2SO4、2.0mol·L－1NaOH溶液、酸性KMnO4溶液。(1)c中应选用的试剂是0.5_mol·L－1_BaCl2溶液，e中试剂的作用是检验和除去SO2，f中收集的气体是O2。(2)某同学提出用饱和NaHSO3溶液代替98.3%的浓H2SO4，请你评价该方案是否可行，若可行不必说明理由；若不可行，简述其理由：不可行，SO3与NaHSO3反应生成SO2，干扰对原混合气体中SO2的检验。解析：(1)该装置中a可干燥SO2、O2并使两者充分混合，控制气体流速；b为SO2与O2的反应装置；c可验证反应后混合气体中含有SO3，所以c中试剂是0.5mol·L－1BaCl2溶液；d的作用是吸收SO3和酸雾；e的作用是通过酸性高锰酸钾溶液吸收SO2而褪色(或变浅)，检验和除去混合气体中的SO2；f中收集的气体是氧气。(2)用饱和NaHSO3溶液代替98.3%的浓硫酸，不可行，其理由是SO3与NaHSO3反应生成SO2，会干扰对原混合气体中SO2的检验。1．下列有关浓H2SO4的叙述中，正确的是(A)A．浓H2SO4与铜片共热的反应中，浓H2SO4既表现出强氧化性，又表现出酸性B．浓H2SO4与金属活动性顺序中氢后面的金属反应生成的气体一般为H2C．常温下，铁或铝不与浓H2SO4反应，所以可用铁或铝制的容器贮存浓H2SO4D．浓H2SO4是不挥发性强酸，氢硫酸是挥发性弱酸，所以可用浓H2SO4与FeS反应制取H2S气体解析：浓H2SO4与Cu片共热，反应的化学方程式为2H2SO4(浓)＋Cu△,CuSO4＋SO2↑＋2H2O，由反应式可知，若2molH2SO4参加反应，其中1molH2SO4作氧化剂被还原为SO2，另外1molH2SO4起酸的作用，故A项正确；在浓硫酸中存在的是H2SO4分子，其分子中＋6价的硫易得到电子。H2SO4把金属氧化的同时本身被还原为硫的低价化合物SO2，即使遇到活泼金属如Zn、Fe等也是如此，故B项错误；常温下铁或铝不是不与浓H2SO4反应，而是反应的结果是铁、铝表面形成一薄层致密的氧化物保护膜，从而阻止了内部金属继续与浓H2SO4反应，故C项错误；浓H2SO4有强氧化性，H2S有强还原性，前者能把后者氧化，因此，得不到H2S气体，故D项错误。2．在下图所示的实验装置中，实验开始一段时间后，对看到的现象叙述不正确的是(D)A．①中苹果块会干瘪B．②中胆矾晶体表面有“白斑”C．③中小试管内有晶体析出D．④中pH试纸变红解析：浓硫酸具有吸水性，能够吸收空气中的水蒸气。苹果块中散发的水分、胆矾风化产生的水、饱和KNO3溶液挥发产生的水分都被浓硫酸吸收，从而导致苹果块变干瘪、胆矾表面失水而出现不带结晶水的无水CuSO4、饱和KNO3溶液失水而有晶体析出，浓硫酸中不能电离出H＋，因此pH试纸不会变红，但会被炭化而变黑。3．在盛放浓硫酸的试剂瓶标签上应印有下列警示标识中的(D)解析：浓硫酸具有强腐蚀性，所以，应该印有的警示标识为D。4．向amL18mol·L－1的浓硫酸中加入足量铜片，并加热，被还原的H2SO4的物质的量和起酸性作用的H2SO4的物质的量分别为(D)A．大于9a×10－3mol，小于18a×10B．都等于9a×10－3C．都等于18a×10－3D．都小于9a×10－3解析：Cu与稀硫酸不反应，在加热条件下铜和浓硫酸能发生反应。Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O参加反应的H2SO4有一半被还原，在Cu与浓硫酸的反应过程中，浓硫酸浓度逐渐降低，变成稀硫酸时反应会停止，所以18a×10－3molH2SO4与足量铜片反应时，被还原的H2SO4小于9a×10－3mol，起酸性作用的H2SO4小于9a×10－3mol。5．已知铜和浓硫酸可以在加热条件下发生如下反应(反应方程式已配平)：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CuSO4＋A↑＋2H2O，试通过计算和推理完成下面的问题。(1)A物质可以导致酸雨的形成。A应该属于d(用字母代号填