4-1-2硫酸的工業(yè)制備和性質(zhì)（原卷版）（蘇教版2019必修第一冊）

4.1.2硫酸的工業(yè)制備和性質(zhì)【學習目標】1.了解工業(yè)上制備硫酸的基本原理和濃硫酸的特性及應用。2.從微觀結構區(qū)分濃硫酸和稀硫酸化學性質(zhì)的不同，認識從量變到質(zhì)變的變化。3.認識科學探究的意義，樹立科學應用化學物質(zhì)促進社會可持續(xù)發(fā)展的科學發(fā)展觀；培養(yǎng)學生的科學精神和社會責任?！局R梳理】一、硫酸的工業(yè)制備1．工業(yè)上接觸法制硫酸的主要設備及生產(chǎn)流程如下圖：根據(jù)上圖回答下列問題：(1)填寫下列各進口或出口物質(zhì)的名稱：A；B；C；D。2．接觸法制硫酸分為三個階段，填寫下表：三原料三階段造氣(生成SO2)接觸氧化(生成SO3)SO3被吸收(生成H2SO4)三設備三反應(均放熱)3.化學工業(yè)制備的要求(1)原料廉價且穩(wěn)定，降低運輸成本。(2)從環(huán)保、成本等角度選擇合適的化學反應，保證在反應中能充分接觸。(3)制備流程簡單高效，能耗低，反應放出的熱量盡可能加以循環(huán)利用，生成的副產(chǎn)物較少。(4)制備過程綠色環(huán)保，不使用或生成對環(huán)境有害的物質(zhì)?！灸芰_成】1．在硫酸的工業(yè)制法中，下列措施以及采取這些措施的原因分析都正確的是()A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，這樣易于向沸騰爐中投料B．爐氣進入接觸室之前需要凈化、干燥，因為爐氣中的雜質(zhì)易與SO2反應C．SO2氧化為SO3時需要使用催化劑，這樣可以使SO2全部轉(zhuǎn)化為SO3D．SO3的吸收一般用98.3%的濃H2SO4，而不用水，因為用水吸收易形成酸霧，不利于SO3的吸收2.在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，SO3的吸收過程是在吸收塔(如圖)中進行的，吸收塔里還裝入了大量瓷環(huán)。下列說法中不正確的是()A．從①處通入SO3，整個吸收操作采取逆流的形式B．從②處噴下98.3%的濃硫酸，瓷環(huán)的作用是增大接觸面積C．從③處導出的氣體只含有少量SO2，可直接排入大氣D．從④處流出的是可用水或稀硫酸稀釋的濃硫酸3．在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于SO2的轉(zhuǎn)化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的接觸室(如圖)，按此密閉體系中氣體的流向，則在A處流出的氣體含有()A．僅SO2 B．SO3、O2C．SO2、O2 D．SO2、SO34．在硫酸的工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都正確的是()A．硫鐵礦煅燒前要粉碎，因為大塊硫鐵礦不能燃燒B．從沸騰爐出來的氣體只有SO2C．SO2氧化成SO3，SO2能全部轉(zhuǎn)化為SO3D．SO3用98.3%的濃H2SO4吸收，目的是防止形成酸霧，以便使SO3吸收更充分5.工業(yè)上制硫酸的設備分為三大部分：沸騰爐、接觸室、吸收塔。下面的裝置是仿照工業(yè)上制備硫酸工藝的流程設計出來的，用于探究工業(yè)上為何采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫。請回答下列問題：(1)寫出沸騰爐內(nèi)煅燒硫鐵礦的反應方程式：______________________________________。(2)上圖中的乙、丙分別相當于工業(yè)上制取硫酸裝置中的_______________________、_____________________。(3)從乙裝置中出來的氣體有_____________________________________________________。(4)丙裝置的作用為______________________，丁中的現(xiàn)象為________________。(5)本實驗設計還存在的較明顯缺陷是_____________________________________________。【知識梳理】二、硫酸的性質(zhì)和用途1．物理性質(zhì)純硫酸是無色、黏稠、難揮發(fā)的油狀液體，稀釋時大量熱。2．稀H2SO4的化學性質(zhì)具有酸的通性，完成下列離子方程式：(1)使紫色石蕊試液變。(2)與活潑金屬反應(如Zn)：。(3)與堿性氧化物反應(如CuO)：。(4)與堿反應(如NaOH)：。(5)與某些鹽反應(如BaCl2)：。3．濃硫酸的特性(1)吸水性——干燥劑濃硫酸具有很強的吸水性，可用作。物質(zhì)本身含有結晶水或混有水，濃H2SO4體現(xiàn)吸水性，可能為物理變化，如用濃H2SO4干燥Cl2、O2等氣體，但不能干燥等；也可能為化學變化，如。實驗操作：在一支潔凈的大試管內(nèi)加入少量CuSO4·5H2O粉末，再向試管中加入3mL濃硫酸，此時試管內(nèi)的現(xiàn)象是。(2)脫水性：濃硫酸按，奪取某些有機物中的形成。教材中的蔗糖和濃硫酸的實驗說明濃硫酸具有脫水性?，F(xiàn)象1：蔗糖逐漸變黑。原因是濃硫酸具有脫水性：C12H22O11eq\o(→,\s\up9(濃硫酸))?，F(xiàn)象2：蔗糖體積膨脹，形成黑色疏松多孔的海綿狀的炭，并放出有刺激性氣味的氣體。原因是濃硫酸具有強氧化性，把炭氧化成CO2，并有SO2氣體放出。注意：物質(zhì)本身不含水，按H∶O＝2∶1失去，為化學變化，如CH3CH2OHeq\o(→,\s\up7(濃H2SO4))，HCOOHeq\o(→,\s\up7(濃H2SO4))。(3)強氧化性①實驗：將一小塊銅片放入試管中，然后加入2mL濃H2SO4，用圖示實驗裝置進行實驗，觀察實驗現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象：。實驗結論：銅與濃H2SO4在加熱時能發(fā)生反應，生成SO2和CuSO4。反應的化學方程式為。在該反應中，氧化劑為，還原劑為，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為。濃硫酸在反應中既體現(xiàn)出又體現(xiàn)出。②濃硫酸不僅能與金屬反應，還能與部分非金屬單質(zhì)如碳等反應：。③在常溫下，等金屬在濃硫酸中可發(fā)生，即金屬的表面上會生成，從而阻止酸與內(nèi)層金屬的進一步反應。④Al、Fe鈍化理解A、發(fā)生反應，為化學變化；B、條件：常溫，濃H2SO4。若加熱，2Fe＋6H2SO4(濃)△Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O。⑤量變引起質(zhì)變反應進行時濃H2SO4變稀，會發(fā)生其他反應。Zn＋2H2SO4(濃)△ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。4．硫酸的用途化肥、醫(yī)藥、農(nóng)藥生產(chǎn)，金屬處理、金屬材料清洗等。5．常見的硫酸鹽(1)硫酸鈣：石膏(CaSO4·2H2O)、熟石膏(2CaSO4·H2O)，熟石膏與水混合很快凝固，常制作模型和石膏繃帶，調(diào)節(jié)水泥的凝結時間。(2)硫酸鋇：不溶于水、酸，不被X射線透過，作檢查腸胃的藥劑，俗稱鋇餐。(3)硫酸亞鐵：FeSO4·7H2O，俗稱綠礬，作治療缺鐵性貧血的藥劑。[辨析]1.濃硫酸與稀硫酸的比較濃硫酸稀硫酸酸性電離情況絕大多數(shù)未電離，多數(shù)以H2SO4分子形式存在完全電離，以H＋、SOeq\o\al(2－,4)形式存在化學方程式H2SO4(濃)＋2NaOH=Na2SO4＋2H2O2NaCl＋H2SO4(濃)△Na2SO4＋2HCl↑H2SO4＋2NaOH=Na2SO4＋2H2O2NH3＋H2SO4=(NH4)2SO4應用制氯化氫等揮發(fā)性酸除鐵銹、制硫酸銨等鹽類氧化性強弱強氧化性[硫元素被還原，可以與不活潑金屬(如Cu)及非金屬(如C)等發(fā)生氧化還原反應]弱氧化性(氫元素被還原，能與Mg、Al、Zn、Fe等金屬反應，放出H2)化學方程式Cu＋2H2SO4(濃)△CuSO4＋SO2↑＋2H2OZn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑應用精煉石油、制造炸藥等實驗室制氫氣、制鹽等吸水性濃硫酸有吸水性無應用干燥劑—脫水性濃硫酸有脫水性無化學方程式C12H22O11eq\o(→,\s\up7(濃硫酸))12C＋11H2O—應用在有機反應中作脫水劑、制染料等—2.濃硫酸與稀硫酸的鑒別方法利用黏稠度區(qū)分觀察、搖動，油狀黏稠液體為濃硫酸利用密度區(qū)分相同試劑瓶等體積的兩瓶液體，稱量，重的是濃硫酸利用稀釋放熱區(qū)分向含等量水的相同試管中，分別滴加少量等量的兩種液體，管壁溫度高的是濃硫酸利用吸水性區(qū)分取膽礬放在表面皿中，分別滴加兩種液體，使膽礬變白的是濃硫酸利用氧化性區(qū)分常溫下，向放有鐵片的兩支試管中分別加少量的兩種液體，放出氣泡的是稀硫酸，沒有明顯變化的是濃硫酸利用脫水性區(qū)分用玻璃棒分別蘸取兩種液體滴在紙片上，使紙片變黑的是濃硫酸【能力達成】1．下列可用濃硫酸干燥的氣體有()①H2②SO2③H2S④Cl2⑤NH3⑥HCl⑦CO2⑧HBr⑨COA．①②④⑥⑧⑨ B．①②④⑥⑦⑨C．①②④⑥⑦⑧ D．全部2．下列現(xiàn)象與用途和濃硫酸的脫水性有關的是()A．濃硫酸可作氯氣的干燥劑B．濃硫酸加到蔗糖中，蔗糖變黑C．濃硫酸加到膽礬上，藍色晶體變成白色粉末D．濃硫酸與銅反應制取二氧化硫3．濃H2SO4在實現(xiàn)下列物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程中，既表現(xiàn)出氧化性，又表現(xiàn)出酸性的是()①Cu→CuSO4②C→CO2③FeO→Fe2(SO4)3④Fe2O3→Fe2(SO4)3A．①③ B．②④C．①④ D．②③4．在硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，SO3的吸收過程是在吸收塔(如圖)中進行的，吸收塔里還裝入了大量瓷環(huán)。下列有關說法不正確的是()A．SO3從①處進入，整個吸收操作采取逆流的形式B．從②處噴下98.3%的濃硫酸，瓷環(huán)的作用是增大接觸面積C．從③處導出的氣體只含有少量SO2，可直接排入大氣D．從④處流出的硫酸可用水稀釋5．下列關于濃硫酸的敘述正確的是()A．濃硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化B．藍色膽礬晶體滴加濃硫酸時變?yōu)榘咨腆wC．濃硫酸是一種干燥劑，能夠干燥氨氣、氫氣等氣體D．濃硫酸與銅片共熱的反應中，濃硫酸只表現(xiàn)強氧化性6．下列敘述正確的是()A．濃硫酸是一種干燥劑，能夠干燥氫氣、氧氣、氨氣等，但不能干燥有較強還原性的HI、H2S等B．濃硫酸與單質(zhì)硫反應的化學方程式為S＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up9(△))3SO2↑＋2H2O，在此反應中，濃硫酸既表現(xiàn)了強氧化性又表現(xiàn)了酸性C．把足量銅粉投入含2molH2SO4的濃硫酸中，反應后得到的氣體在標準狀況下的體積為22.4LD．常溫下能夠用鐵、鋁制容器盛放濃硫酸，是因為濃硫酸的強氧化性使其鈍化7．用20mL18.4mol·L－1的濃H2SO4與銅共熱一段時間后，冷卻，過濾除去多余的銅，將濾液加水稀釋到100mL，得到溶液中SOeq\o\al(2－,4)的濃度為3.18mol·L－1，則此時溶液中CuSO4的物質(zhì)的量濃度為()A．0.50mol·L－1B．0.75mol·L－1C．1.00mol·L－1D．3.18mol·L－18．實驗室常用下圖裝置進行銅與濃硫酸反應的實驗。下列有關實驗現(xiàn)象的描述或試劑的選用錯誤的是()A．甲試管內(nèi)溶液變?yōu)樗{色B．乙試管中品紅溶液紅色褪去C．棉花上噴入的溶液可能為氫氧化鈉溶液D．棉花上噴入的溶液可能為飽和碳酸鈉溶液9．在下圖的實驗裝置中，實驗開始一段時間后，對看到的現(xiàn)象敘述不正確的是()A．蘋果塊會干癟 B．膽礬晶體表面有白斑C．小試管內(nèi)有晶體析出 D．pH試紙變紅10．區(qū)別濃硫酸和稀硫酸，既簡單又可靠的方法是()A．常溫下與銅片反應B．與石蕊溶液反應C．用玻璃棒各蘸少許溶液涂在紙上D．加入鋅片看是否有氣體生成11．硫酸廠有一輛存放過濃硫酸的槽罐車，某新工人違反規(guī)定，邊吸煙邊用水沖洗該車，結果發(fā)生了爆炸事故。下列對引起爆炸的原因分析正確的是()A．濃硫酸遇明火爆炸B．鐵與水反應產(chǎn)生的氫氣接觸空氣遇明火爆炸C．濃硫酸遇水發(fā)熱爆炸D．稀釋后的硫酸與鐵反應產(chǎn)生的氫氣接觸空氣遇明火爆炸12．向50mL18mol·L－1的H2SO4溶液中加入足量的銅片并加熱，充分反應后，被還原的H2SO4的物質(zhì)的量()A．小于0.45molB．等于0.45molC．在0.45mol和0.90mol之間D．等于0.90mol13．在如圖所示的實驗裝置中，實驗開始一段時間后，對觀察到的現(xiàn)象敘述錯誤的是()A．蘋果塊會干癟 B．膽礬晶體表面有“白斑”C．小試管內(nèi)有固體析出 D．pH試紙變紅12．某同學為了驗證木炭和濃硫酸反應的產(chǎn)物，設計了如圖所示的實驗裝置。回答下列問題：(1)A裝置中發(fā)生反應的化學方程式為_________________________________，其中濃硫酸的作用是________________。(2)B裝置的作用是_________________________，現(xiàn)象是________________。(3)C裝置的作用是___________________，現(xiàn)象是________________。(4)D裝置的作用是_____________________________________________。(5)E裝置的作用是______________________________________________。(6)F裝置的作用是____________，反應的離子方程式是_______________________。(7)B裝置和C裝置能否互換________(填“能”或“不能”)，原因是_____________________________________________________?！緦W習效果】1．下列關于濃硫酸的敘述中正確的是()A．稀釋濃硫酸時，將水沿著玻璃棒慢慢地注入盛有濃硫酸的量筒中，并不斷攪拌B．運輸時可以將濃硫酸密封裝在鐵罐中C．濃硫酸滴到硫酸銅晶體中的現(xiàn)象體現(xiàn)了濃硫酸的脫水性D．少量濃硫酸滴入紫色石蕊溶液中，溶液會褪為無色2．下列濃硫酸的用途、反應現(xiàn)象與括號內(nèi)的性質(zhì)對應不正確的是()A．在化學實驗中，濃硫酸可作SO2、CO2等氣體的干燥劑(吸水性)B．將濃硫酸滴到蔗糖表面，固體變黑膨脹，有刺激性氣味氣體產(chǎn)生(脫水性和酸性)C．向濾紙上滴加濃硫酸，濾紙變黑(脫水性)D．在冷濃硫酸中放入鐵片無明顯現(xiàn)象(強氧化性)3．下列關于濃硫酸的說法中正確的是()A．濃硫酸可用于干燥氨氣B．濃硫酸可使紙張脫水炭化C．濃硫酸需要保存在棕色瓶中D．可用鋅和濃硫酸反應制取氫氣4．下列氣體既能用濃硫酸又能用堿石灰干燥的是()A．Cl2 B．COC．SO2 D．NH35．用如圖所示實驗裝置(夾持儀器已略去)探究銅絲與過量濃硫酸的反應。下列實驗不合理的是()A．上下移動①中銅絲可控制SO2的量B．②中選用品紅溶液驗證SO2的生成C．③中選用NaOH溶液吸收多余的SO2D．為確認CuSO4生成，向①中加水，觀察顏色6．某同學用下列裝置完成了濃硫酸和SO2性質(zhì)實驗(夾持裝置已省略)。下列說法錯誤的是()A．反應后，試管Ⅰ中出現(xiàn)白色固體，將其放入水中，溶液顯藍色B．試管Ⅱ中品紅溶液逐漸褪色，對其加熱溶液又恢復紅色C．試管Ⅳ中酸性高錳酸鉀溶液褪色，體現(xiàn)了SO2的漂白性D．試管Ⅴ可以改為裝有堿石灰的干燥管7．下列有關H2SO4的敘述正確的是()A．濃H2SO4與銅片共熱的反應中，濃H2SO4既表現(xiàn)出強氧化性，又表現(xiàn)出酸性B．濃H2SO4與金屬活動性順序中氫后面的金屬反應生成的氣體一般為SO2，與氫前面的金屬反應生成的氣體一般為H2C．常溫下，鐵或鋁不與濃H2SO4反應，所以可用鐵或鋁質(zhì)容器貯存濃H2SO4D．濃H2SO4是不揮發(fā)性強酸，氫硫酸是揮發(fā)性弱酸，所以可用濃H2SO4與FeS反應制取H2S氣體8.用如圖所示裝置進行下列實驗：將①中的濃硫酸滴入②中，預測的現(xiàn)象與結論相符的是()A．若②為濃鹽酸；有大量氣體產(chǎn)生；說明硫酸的酸性比鹽酸強B．若②為銅片；有氣泡產(chǎn)生，底部生成灰白色固體；說明濃硫酸有強氧化性C．若②為藍色硫酸銅晶體；藍色晶體變?yōu)榘咨徽f明濃硫酸有吸水性，發(fā)生物理變化D．若②為蔗糖；白色固體變?yōu)楹谏＞d狀，有氣體放出；說明濃硫酸有脫水性、氧化性9．我國利用接觸法制硫酸的第一步是在沸騰爐中煅燒黃鐵礦：4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe2O3＋8SO2?，F(xiàn)有1g含脈石(SiO2)的黃鐵礦(FeS2)樣品，將其在氧氣流中充分灼燒，反應完全后得0.78g殘渣，則此黃鐵礦的純度是()A．33%B．66%C．78%D．88%10．在表中，欲用一種試劑Z來檢驗鹽溶液中的離子X，在同時有離子Y存在時，此檢驗仍可以判別的是()試劑Z離子X離子YANaOHMg2＋Ba2＋BAgNO3Cl－SOeq\o\al(2－,4)CH2SO4Ba2＋Ca2＋DBaCl2SOeq\o\al(2－,4)COeq\o\al(2－,3)11．將32.5gZn投入到VmL濃硫酸中，共熱，恰好完全反應，則可以確定的數(shù)據(jù)是()A．所得氣體在標準狀況下的體積B．所得氣體的質(zhì)量C．所得溶液的濃度D．原濃硫酸的濃度12．在化學課上，圍繞濃硫酸的化學性質(zhì)進行了如下實驗探究，將適量的蔗糖放入燒杯中，加入幾滴水，攪拌均勻，然后加入濃硫酸，生成黑色物質(zhì)。請回答下列問題：(1)生成的黑色物質(zhì)(單質(zhì))是________(填化學式)。(2)這種黑色物質(zhì)繼續(xù)與濃硫酸作用會產(chǎn)生兩種氣體，其中一種氣體有刺激性氣味，是大氣的主要污染物之一，這種刺激性氣味的氣體成分是__________(填化學式)，反應的化學方程式為_________________________________________。(3)據(jù)蔗糖與濃硫酸反應的實驗現(xiàn)象，說明濃硫酸具有________(填字母)。A．酸性 B．吸水性C．脫水性 D．強氧化性13．某課外活動小組的同學在實驗室做鋅與濃硫酸反應的實驗中，甲同學認為產(chǎn)生的氣體是二氧化硫，而乙同學認為除二氧化硫氣體外，還可能產(chǎn)生氫氣。為了驗證哪位同學的判斷正確，丙同學設計了圖中的實驗裝置(鋅與濃硫酸共熱時產(chǎn)生的氣體為X，且該反應裝置略去)。試回答下列問題：(1)上述反應中生成二氧化硫的化學方程式為_______________________________________。(2)乙同學認為還可能產(chǎn)生氫氣的理由是___________________________________________。(3)丙同學在安裝好裝置后，必須首先進行的一步操作是_____________________________________。(4)A中加入的試劑可能是________________________________________________________，作用是______________；B中加入的試劑可能是____________，作用是_________________；E中加入的試劑可能是_________________，作用是______________________________。(5)可以證明氣體X中含有氫氣的實驗現(xiàn)象是C中：________________________________________________________________________，D中：________________________________________________________________________。如果去掉裝置B，________(填“能”或“不能”)根據(jù)D中的現(xiàn)象判斷氣體X中有氫氣，原因是__________________________________________________________________________。14．工業(yè)上制硫酸的設備分為三大部分：沸騰爐、接觸室、吸收塔。下面的裝置是仿照工業(yè)上制備硫酸工藝的流程設計出來的，用于探究