新蘇教版高中化學(xué)必修1學(xué)案 5：4.1.2 硫酸的工業(yè)制備和性質(zhì)

新蘇教版高中化學(xué)必修1PAGEPAGE1第一單元含硫化合物的性質(zhì)第2課時硫酸的工業(yè)制備和的性質(zhì)【學(xué)習目標】1．了解硫酸的工業(yè)制法，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。2．能根據(jù)硫酸的性質(zhì)，設(shè)計簡單的實驗方案，完成操作，觀察現(xiàn)象，并對實驗現(xiàn)象作出解釋，培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)?！局R梳理】一、硫酸的工業(yè)制備——接觸法1．流程與設(shè)備2．三個步驟、原料、設(shè)備和反應(yīng)原理三步驟三原料三設(shè)備三反應(yīng)原理造氣S或S＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))SO2或4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高溫))8SO2＋2Fe2O3接觸氧化SO3吸收[問題探討]1．如何選擇工業(yè)制硫酸的方法？2．為什么叫沸騰爐？從沸騰爐出來的二氧化硫氣體為什么需除塵、凈化？3．接觸室中的熱交換器起什么作用？4．為什么要用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫而不用水？濃硫酸為什么從塔頂噴下？[名師點撥]1．工業(yè)制硫酸中為了提高硫酸的產(chǎn)率采取的措施(1)適當增加反應(yīng)物濃度。燃燒硫鐵礦時通入過量的廉價空氣使之充分燃燒。(2)增大接觸面積。粉碎硫鐵礦，吸收塔中填充瓷環(huán)，采取逆流方式。(3)使用催化劑。接觸室中用V2O5作催化劑，加快反應(yīng)速率。(4)循環(huán)利用反應(yīng)物。吸收塔上部導(dǎo)出的氣體再次通入接觸室，進行第二次氧化、再吸收。2．工業(yè)制硫酸中的“三廢”處理(1)廢氣：尾氣中主要含有N2、O2、SO2、SO3，直接排放會污染大氣。常見的處理方法有堿液吸收法等。用氨水吸收：SO2＋2NH3·H2O=(NH4)2SO3＋H2O、SO2＋NH3·H2O=NH4HSO3。當吸收液中NH4HSO3達一定濃度后，再與濃硫酸反應(yīng)放出SO2氣體，生成硫酸銨：2NH4HSO3＋H2SO4=(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑。(NH4)2SO4作肥料，SO2重新通入接觸室被氧化，循環(huán)利用。(2)廢液：呈酸性，用石灰乳處理污水。(3)廢渣：含F(xiàn)e2O3，可用作煉鐵原料，或用作制水泥、制磚的原料等。3．化學(xué)工業(yè)制備的要求(1)原料廉價且穩(wěn)定，最好能結(jié)合本地地理環(huán)境的優(yōu)勢資源，以降低運輸成本。(2)從環(huán)保、成本等角度選擇合適的化學(xué)反應(yīng)，設(shè)計合理的反應(yīng)裝置，對原料進行粉碎等預(yù)處理，使得原料盡可能地被富集，保證在反應(yīng)中能充分接觸。(3)制備流程簡單高效，能耗低，反應(yīng)放出的熱量和剩余物盡可能加以循環(huán)利用，生成的副產(chǎn)物較少。(4)制備過程綠色環(huán)保，沒有使用或生成對環(huán)境有害的物質(zhì)，若有，須對有害物質(zhì)進行無害化處理。對點練習：1．下列關(guān)于工業(yè)制硫酸的說法不正確的是()A．硫燃燒生成SO3B．SO3與水反應(yīng)生成H2SO4C．SO2被氧化為SO3需要使用催化劑D．主要設(shè)備是沸騰爐、接觸室、吸收塔2．在硫酸的工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作和主要原因均正確的是()A．硫鐵礦燃燒前要粉碎，因為大塊硫鐵礦不能燃燒B．從沸騰爐出來的氣體需凈化，因為爐氣中的SO2會與雜質(zhì)反應(yīng)C.SO2氧化成SO3，SO2能全部轉(zhuǎn)化為SO3D．SO3用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以便使SO3吸收完全3.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)。下列有關(guān)說法不正確的是()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%的硫酸，瓷環(huán)的作用是增大接觸面積C．從③處導(dǎo)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硫酸4.在工業(yè)生產(chǎn)硫酸的過程中，為了有利于SO2的轉(zhuǎn)化，且能夠充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的接觸室，如圖所示。按此密閉體系中氣體的流向，在A處流出的氣體為()A．SO2B．SO3、O2C．SO2、O2D．SO3、SO2二、濃硫酸的性質(zhì)實驗序號實驗操作實驗現(xiàn)象實驗1藍色晶體變成色粉末實驗2①蔗糖逐漸變，體積，形成疏松多孔的海綿狀的炭②品紅溶液褪色實驗3①銅片慢慢溶解②銅片表面③品紅溶液逐漸變?yōu)樯馨逊磻?yīng)試管里的溶液慢慢倒入水中，溶液變?yōu)樯玔問題探討]某實驗小組試用下圖所列各裝置設(shè)計一個實驗，來驗證實驗2的各種產(chǎn)物。編號①②③④裝置1．裝置的連接順序(按產(chǎn)物氣流從左至右的方向)是怎樣的？2．實驗時可觀察到①中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色。A、B、C三瓶溶液的作用分別是什么？3．②中所加固體藥品是什么？可驗證的產(chǎn)物是什么？確定②在整套裝置中位置的理由是什么？4．③中所盛溶液是什么？可驗證哪一種產(chǎn)物？核心歸納：1．濃硫酸的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)實驗室常用的濃H2SO4質(zhì)量分數(shù)為98.3%，為無色油狀液體，密度大(1.84g·cm－3)，沸點高，難揮發(fā)，易溶于水，溶于水時放出大量的熱，所以稀釋濃H2SO4時，應(yīng)將濃H2SO4沿器壁慢慢注入水中并不斷攪拌。(2)濃硫酸的特性吸水性濃硫酸能吸收物質(zhì)中游離的水，可以是物理變化，也可以是化學(xué)變化。常用作氣體干燥劑，如干燥O2、H2、SO2、CO2、HCl、Cl2等，但不能干燥NH3、H2S、HI等。需密封保存脫水性將有機物中的H、O以原子數(shù)2∶1的比例脫去，如使蔗糖變黑。因此，濃硫酸對皮膚、衣物有很強的腐蝕性，如果不慎在皮膚、衣服上沾上濃硫酸，應(yīng)立即用大量水沖洗，然后涂上稀的NaHCO3溶液強氧化性①常溫下，鐵、鋁遇濃硫酸鈍化②與Cu反應(yīng)：Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O③與C反應(yīng)：C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O2．濃硫酸強氧化性的幾種體現(xiàn)反應(yīng)物變化或反應(yīng)表現(xiàn)性質(zhì)活潑金屬鐵、鋁常溫下，鐵、鋁遇到濃硫酸時發(fā)生鈍化強氧化性鋅等其他活潑金屬加熱時，反應(yīng)生成硫酸鹽和SO2強氧化性和酸性與濃硫酸反應(yīng)時，開始產(chǎn)生SO2，后來產(chǎn)生H2較不活潑金屬(如銅、銀等)金屬＋濃硫酸eq\o(→,\s\up7(△))高價態(tài)硫酸鹽＋SO2↑＋H2O碳、硫、磷等非金屬非金屬單質(zhì)＋濃硫酸eq\o(→,\s\up7(△))高價態(tài)氧化物或含氧酸＋SO2↑＋H2O強氧化性還原性物質(zhì)能將還原性物質(zhì)(如H2S、HI)氧化，如：H2S＋H2SO4(濃)=S↓＋SO2↑＋2H2O3．硫酸的用途(1)濃硫酸在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用?；?、醫(yī)藥、農(nóng)藥的生產(chǎn)，金屬礦石的處理，金屬材料的表面清洗等都要用到硫酸。(2)制備硫酸鹽等。(3)幾種重要的硫酸鹽物質(zhì)存在形式主要用途硫酸鈣(生)石膏CaSO4·2H2Oeq\o(→,\s\up7(150℃))熟石膏2CaSO4·H2O制模型、醫(yī)療石膏繃帶，調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間等硫酸鋇重晶石BaSO4鋇餐、白色顏料、作高檔油漆、油墨、造紙、塑料、橡膠的原料及填充劑硫酸亞鐵綠礬FeSO4·7H2O作補血劑、制凈水劑和顏料鐵紅的原料[名師點撥]1．濃硫酸吸水性、脫水性的區(qū)別(1)吸水性：濃硫酸能吸收物質(zhì)中游離的水，如氣體、液體中的水分子，以及固體中的結(jié)晶水等?？梢允俏锢碜兓部梢允腔瘜W(xué)變化，如濃硫酸吸收CuSO4·5H2O晶體中的結(jié)晶水。(2)脫水性：物質(zhì)中本來無水分子，濃硫酸可將有機物中的H、O原子按2∶1比例以“H2O”的形式脫去，如可以使蔗糖、纖維素、紙張等脫水炭化。2．濃硫酸與金屬的反應(yīng)注意“量變”引起的“質(zhì)變”(1)濃硫酸參加的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，因水的生成和硫酸的消耗會造成硫酸濃度的減小進而引起“質(zhì)變”。如濃硫酸與Zn的反應(yīng)。(2)鐵和濃硫酸在加熱條件下可發(fā)生反應(yīng)，但生成物決定于鐵的量，鐵不足生成Fe3＋，鐵過量生成Fe2＋。對點練習：1．濃硫酸在下列物質(zhì)的轉(zhuǎn)化中，既表現(xiàn)出氧化性，又表現(xiàn)出酸性的是()A．Cu→CuSO4 B．C→CO2C．蔗糖→“黑面包” D．Fe2O3→Fe2(SO4)32．下列關(guān)于鑒別1mol·L－1的稀硫酸和98%的濃硫酸的敘述正確的是()A．常溫下用pH試紙測定兩溶液的pH，pH小的是濃硫酸B．常溫下可以用銅片鑒別兩種溶液C．鋁片不能用于鑒別兩種溶液D．兩溶液敞口在空氣中放置一段時間后質(zhì)量明顯增大的是濃硫酸3．某化學(xué)興趣小組為探究濃硫酸和二氧化硫的性質(zhì)，設(shè)計了如下圖所示的裝置進行實驗(夾持裝置已省略)：請回答：(1)用“可抽動銅絲”代替“直接投入銅片”的優(yōu)點是________________________。(2)說明SO2氣體產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象是________________________。裝置⑤的作用是______________________。(3)為了驗證SO2是酸性氧化物，③中可選擇的試劑是________(填字母，下同)。A．澄清石灰水 B．飽和食鹽水C．碘水 D．品紅溶液(4)下列說法正確的是________。A．實驗開始后，②和④中溶液均褪色，兩者均可證明SO2具有漂白性B．反應(yīng)后，將①試管中的白色固體加入水中，溶液呈藍色C．先向裝置中加入試劑(藥品)，再進行氣密性檢查D．⑤中的NaOH溶液可用Na2CO3溶液代替(5)若將抽動的銅絲換成炭塊進行反應(yīng)，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________；該反應(yīng)體現(xiàn)濃硫酸的________(選填“脫水性”“吸水性”“強氧化性”“酸性”)?！井斕脵z測】1．下列有關(guān)濃硫酸的敘述正確的是()A．冷的濃硫酸使鐵、鋁鈍化屬于化學(xué)變化B．濃硫酸與金屬活動性順序中在氫后面的金屬反應(yīng)生成的氣體一般為SO2，與氫前面的金屬反應(yīng)生成的氣體一般為H2C.濃硫酸具有吸水性，可以干燥NH3、H2等氣體D．濃硫酸是難揮發(fā)性強酸，氫硫酸是揮發(fā)性弱酸，所以可用濃硫酸與FeS反應(yīng)制取H2S氣體2．下列物質(zhì)的俗稱、化學(xué)式、主要用途都正確的是()A．石膏(2CaSO4·H2O)：用于制造各種模型B．純堿(NaHCO3)：用于制玻璃、肥皂、造紙、紡織C．硫酸鋇(BaSO4)：作白色顏料、鋇餐D．膽礬(CuSO4)：用于制造農(nóng)藥3．實驗室有兩瓶硫酸，分別是濃硫酸和稀硫酸，但由于同學(xué)的粗心將標簽弄混了。請你幫助該同學(xué)選擇既簡單又可靠的區(qū)分方法()A．與銅片反應(yīng)B．與石蕊溶液反應(yīng)C．用玻璃棒各蘸少許涂在紙上D．加入鋅片看是否有氣體生成4．某課外活動小組的同學(xué)在實驗室做鋅與濃硫酸反應(yīng)的實驗中，甲同學(xué)認為產(chǎn)生的氣體是二氧化硫，而乙同學(xué)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(xué)的判斷正確，丙同學(xué)設(shè)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(yīng)裝置略去)。試回答下列問題：(1)上述反應(yīng)中生成二氧化硫的化學(xué)方程式為______________________________。(2)乙同學(xué)認為還可能產(chǎn)生氫氣的理由是______________________________。(3)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______________________________。(4)可以證明氣體X中含有氫氣的實驗現(xiàn)象：C中______________________________，D中______________________________?！緟⒖即鸢浮俊局R梳理】一、硫酸的工業(yè)制備——接觸法2．FeS2沸騰爐空氣接觸室2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO398.3%濃硫酸吸收塔SO3＋H2O=H2SO4[問題探討]1．提示：一方面：從原料的來源、反應(yīng)條件、反應(yīng)過程等考慮。從硫元素化合價變化、物質(zhì)類別兩個角度分析物質(zhì)轉(zhuǎn)變流程：FeS2(S)→SO2→SO3→H2SO4，一般的燃燒條件不足以使FeS2或硫生成SO3，需要催化劑、450℃左右才能使SO2轉(zhuǎn)化為SO32．提示：硫鐵礦被從爐底通入的空氣吹得像沸騰了的液體一樣，所以叫沸騰爐。從沸騰爐出來的二氧化硫混有雜質(zhì)，直接通入接觸室中會使接觸室中的催化劑“中毒”，混有的水蒸氣對生產(chǎn)和設(shè)備有不良影響，因此爐氣必須通過除塵、洗滌、干燥等凈化處理。3．提示：接觸室中二氧化硫與氧氣生成三氧化硫的反應(yīng)過程放熱，同時該反應(yīng)又需要在450℃4．提示：防止三氧化硫溶于水或稀硫酸時反應(yīng)放出大量熱，形成酸霧，降低吸收效率。濃硫酸從塔頂噴下，目的是增大三氧化硫與吸收劑濃硫酸的接觸面積，提高吸收效率。對點練習：1．解析：選A硫燃燒生成SO2，故A錯誤。2．解析：選D硫鐵礦燃燒前要粉碎，目的是增大接觸面積，使礦石燃燒更充分，A錯誤；從沸騰爐中出來的氣體含有雜質(zhì)，會造成催化劑中毒，使催化劑失去催化作用，B錯誤；SO2氧化成SO3的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，SO2不能全部轉(zhuǎn)化為SO3，C錯誤；D正確。3.解析：選C從吸收塔上部導(dǎo)出的氣體有N2、未參與反應(yīng)的O2和少量SO2，直接排入大氣會污染環(huán)境，所以應(yīng)用吸收劑吸收或循環(huán)使用，故C錯誤。4.解析：選C干燥的SO2與O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的有利條件是催化劑和約450℃的溫度。在通常狀況下SO2與O2不發(fā)生反應(yīng)，即使在加熱的條件下也基本上不發(fā)生反應(yīng)。從熱交換器(或接觸室)左側(cè)進入的是SO2與O2的混合氣體，在熱交換器內(nèi)只是被加熱升高溫度，沒有與催化劑接觸，基本上沒有SO3生成。從熱交換器內(nèi)出來的熱SO2與O2的混合氣體，進入接觸室內(nèi)的催化劑區(qū)域后，發(fā)生可逆反應(yīng)，生成SO3二、濃硫酸的性質(zhì)白黑膨脹有氣泡生成無藍[問題探討]1．提示：實驗的目的是要將三種氣態(tài)產(chǎn)物一一驗證出來。由題中所給的各種裝置可知：④是反應(yīng)發(fā)生器；①中有品紅溶液，可用來驗證SO2；③中裝有某種水溶液，顯然可用來驗證CO2；②是反應(yīng)管，可驗證水蒸氣。由于①③中裝的都是水溶液，氣流經(jīng)過后一定會帶出水蒸氣，所以必須先用②驗證產(chǎn)物中的水蒸氣，然后再驗證SO2和CO2，不然就不能驗證水蒸氣一定是反應(yīng)產(chǎn)物；由于SO2和CO2都能與石灰水反應(yīng)，使澄清石灰水變渾濁，因此從②出來的氣體必須先經(jīng)過①驗證和除去SO2后再進入③驗證CO2，由此可以得出正確的連接順序應(yīng)當是④②①③。2．提示：A瓶中品紅溶液褪色，可證明產(chǎn)物中有SO2，C瓶溶液不褪色說明進入C瓶的氣體中已沒有SO2，從而推斷出B瓶溶液的作用是氧化吸收從A瓶出來的氣體中的SO2，因而C瓶溶液的作用是確認氣流中SO2已被B瓶溶液全部吸收。3．提示：因為②是驗證水蒸氣的，所以其中固體藥品必是可與水結(jié)合，而且有可觀察到明顯現(xiàn)象變化的物質(zhì)，中學(xué)中熟悉的是白色無水硫酸銅遇水變藍，或變色硅膠遇水由藍色變?yōu)榉奂t色。確定②位置的理由如1中所述。4．提示：由于從①中C瓶出來的氣流中已確認沒有SO2，因此③中所盛溶液必定是澄清石灰水，用來驗證氣流中的CO2。對點練習：1．解析：選AA項，Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O，H2SO4中S元素的化合價既有降低的，又有不變的，既表現(xiàn)氧化性又表現(xiàn)酸性；B項，C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，只表現(xiàn)氧化性；C項，蔗糖C12H22O11→C體現(xiàn)脫水性；D項，F(xiàn)e2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O，只體現(xiàn)酸性。2．解析：選D1mol·L－1稀硫酸的酸度不能用pH試紙測定，因為pH試紙通常測定pH為1到14的溶液，pH試紙也不能測定濃硫酸的pH，因為濃硫酸使試紙脫水炭化，故A項錯誤；常溫下銅與稀硫酸和濃硫酸都不反應(yīng)，不能鑒別兩種溶液，故B項錯誤；鋁片與稀硫酸反應(yīng)能夠產(chǎn)生氣泡，與濃硫酸無明顯現(xiàn)象，可以鑒別兩種溶液，故C項錯誤；濃硫酸具有吸水性，兩溶液敞口在空氣中放置一段時間，質(zhì)量明顯增大的是濃硫酸，故D項正確。3．解析：(1)在加熱的條件下，當Cu絲與濃硫酸接觸時才能反應(yīng)，當往上抽動Cu絲時，Cu絲與濃硫酸不接觸，反應(yīng)停止，所以用“可抽動銅絲”的優(yōu)點是便于控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。(2)二氧化硫能使品紅溶液褪色；裝置⑤中的溶液是堿液，能吸收酸性物質(zhì)，其作用是吸收SO2氣體，防止污染空氣。(3)A.澄清石灰水屬于堿溶液，二氧化硫和氫氧化鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣白色沉淀，所以能驗證二氧化硫是酸性氧化物，故正確；B.飽和食鹽水和二氧化硫不反應(yīng)，不能驗證，故錯誤；C.碘水和二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成HI和硫酸，該反應(yīng)中體現(xiàn)二氧化硫的還原性，不能驗證，故錯誤；D.二氧化硫能使品紅溶液褪色而體現(xiàn)二氧化硫的漂白性，不能驗證二氧化硫是酸性氧化物，故錯誤。(4)A.實驗開始后，二氧化硫使品紅溶液褪色體現(xiàn)其漂白性，使酸性高錳酸鉀溶液褪色體現(xiàn)其還原性，所以二者褪色原理不同，故錯誤；B.反應(yīng)后，將①試管中的白色固體硫酸銅，加入水中，溶液呈藍色，故正確；C.加入藥品之前先檢查裝置氣密性，否則得不到氣體，故錯誤；D.碳酸鈉溶液呈堿性，可吸收二氧化硫，反應(yīng)生成亞硫酸鈉，故正確。(5)若將抽動的銅絲換成炭塊進行反應(yīng)，加熱條件下，C和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))2SO2↑＋CO2↑＋2H2O；反應(yīng)中，碳單質(zhì)被濃硫酸氧化，該反應(yīng)體現(xiàn)濃硫酸的強氧化性。答案：(1)便于控制反應(yīng)的發(fā)生和停止(2)品紅溶液褪色吸收SO2氣體，防止污染空氣(3)A(4)BD(5)C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))2SO