新教材化學(xué)學(xué)案4-1-2硫酸的制備與性質(zhì)

第2課時硫酸的制備與性質(zhì)課程目標1．知道工業(yè)生產(chǎn)硫酸的基本原理。2．了解濃硫酸的特性。3．了解硫酸的應(yīng)用。圖說考點學(xué)業(yè)基礎(chǔ)——自學(xué)·思記·嘗試[新知預(yù)習]一、硫酸的制備1．古代采用加熱膽礬1或綠礬2的方法制取硫酸。2．接觸法制硫酸三原料三設(shè)備三階段三反應(yīng)硫黃或含硫礦石、空氣、98.3%的濃硫酸3SO2的制取和凈化4____________5SO2氧化成SO36____________7SO3的吸收8____________二、硫酸的性質(zhì)和用途1．濃硫酸的物理性質(zhì)顏色狀態(tài)沸點揮發(fā)性水溶性9eq\o(□,\s\up1(10))eq\o(□,\s\up1(11))eq\o(□,\s\up1(12))eq\o(□,\s\up1(13))2.稀硫酸的化學(xué)性質(zhì)具有酸的通性，完成下列離子方程式：3．濃硫酸的特性（1）實驗探究：實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論藍色晶體變成白色粉末濃H2SO4具有eq\o(□,\s\up1(19))性①蔗糖逐漸變eq\o(□,\s\up1(20))，體積eq\o(□,\s\up1(21))，形成疏松多孔的海綿狀的炭②品紅溶液eq\o(□,\s\up1(22))濃硫酸具有eq\o(□,\s\up1(23))性，且能eq\o(□,\s\up1(24))碳單質(zhì)，本身被eq\o(□,\s\up1(25))①銅片逐漸eq\o(□,\s\up1(26))②銅片表面有eq\o(□,\s\up1(27))產(chǎn)生③試管中溶液逐漸eq\o(□,\s\up1(28))④品紅溶液eq\o(□,\s\up1(29))濃硫酸具有eq\o(□,\s\up1(30))性（2）特性：①吸水性：濃硫酸具有很強的吸水性，可用作eq\o(□,\s\up1(31))。②脫水性：將eq\o(□,\s\up1(32))中的H、O元素按原子個數(shù)比eq\o(□,\s\up1(33))脫出。③強氧化性：4．硫酸的用途（1）制造化肥、醫(yī)藥、農(nóng)藥。（2）金屬礦石的處理、金屬材料的表面清洗。（3）制取硫酸鹽，制取難揮發(fā)性酸。（4）化學(xué)試劑。[即時自測]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”（1）用硫鐵礦制硫酸的三步反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)。（）（2）濃H2SO4常溫下與鋁、鐵不反應(yīng)。（）（3）一定量的濃硫酸與銅反應(yīng)時，即使銅過量，濃硫酸也不會完全反應(yīng)。（）（4）濃H2SO4有脫水性，所以常用作干燥劑。（）（5）濃H2SO4與木炭反應(yīng)既表現(xiàn)氧化性又表現(xiàn)出酸性。（）2.在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，SO3的吸收過程是在吸收塔（如右圖）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3．觀察如圖，并回答下列問題：（1）該設(shè)備的名稱叫。（2）礦石粉碎成細小礦粒的目的是：①________________________________________________________________________，②________________________________________________________________________。（3）該設(shè)備中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。4．（1）填寫硫酸在下列用途或反應(yīng)中表現(xiàn)的性質(zhì)（用字母填在橫線上）。A．難揮發(fā)性B．強酸性C．吸水性D．脫水性E．強氧化性F．催化作用①濃硫酸可用作氣體干燥劑；②往晶體硫酸銅中加濃硫酸，晶體變白；③實驗室制硝酸；（化學(xué)方程式為NaNO3＋H2SO4=HNO3↑＋NaHSO4）④濃硫酸與銅反應(yīng)；⑤濃硫酸使?jié)駶櫟乃{色石蕊試紙先變紅后又變黑。（2）用過量的鋅與濃硫酸反應(yīng)時，可能產(chǎn)生的氣體有，理由是。核心素養(yǎng)——合作·探究·分享硫酸制備中反應(yīng)與條件的控制[例1]某小組同學(xué)設(shè)計如下裝置來檢驗SO2與O2反應(yīng)后混合氣體的成分。已知：SO3遇水劇烈反應(yīng)，放出大量熱，產(chǎn)生酸霧；98.3%的濃H2SO4可以吸收SO3和酸霧。供選試劑：蒸餾水、0.5mol·L－1BaCl2溶液、98.3%的濃H2SO4、2.0mol·L－1NaOH溶液、酸性KMnO4溶液。（1）c中應(yīng)選用的試劑是，e中試劑的作用是，f中收集的氣體是。（2）某同學(xué)提出用飽和NaHSO3溶液代替98.3%的濃H2SO4，請你評價該方案是否可行，若可行不必說明理由；若不可行，簡述其理由：________________________________________________________________________。[提升1]工業(yè)上制硫酸的設(shè)備分為三大部分：沸騰爐、接觸室、吸收塔，下圖中的裝置是仿照工業(yè)上制備硫酸的工藝流程設(shè)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。若在反應(yīng)過程中有有毒氣體產(chǎn)生，一定要有尾氣吸收裝置；計算生成的硫酸可利用關(guān)系式：FeS2～2H2SO4。請回答下列問題：（1）寫出沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦的化學(xué)方程式：。（2）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(shè)計還存在的較明顯缺陷是。（6）假設(shè)在煅燒黃鐵礦（含F(xiàn)eS2礦石）時，有5%的硫損失，在SO2的催化氧化過程中，有92%的SO2轉(zhuǎn)化為SO3，在吸收塔中損失SO3的質(zhì)量分數(shù)為0.6%?，F(xiàn)有含F(xiàn)eS295%的黃鐵礦100t，則可制得98%的濃硫酸t(yī)。關(guān)鍵能力1.接觸法制硫酸的原理三原理：化學(xué)平衡原理、熱交換原理、逆流原理。（1）化學(xué)平衡原理：增大反應(yīng)物濃度、增大反應(yīng)物間接觸面積，能提高反應(yīng)速率并使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，以充分提高原料利用率。（化學(xué)平衡移動內(nèi)容將在《化學(xué)反應(yīng)原理》中學(xué)習）（2）熱交換原理：在接觸室中生成的熱量經(jīng)過熱交換器，傳遞給進入接觸室的需要預(yù)熱的混合氣體，為二氧化硫的接觸氧化和三氧化硫的吸收創(chuàng)造了有利條件。（3）逆流原理：液體由上向下流，氣體由下向上升，兩者在逆流過程中充分反應(yīng)。2．硫酸工業(yè)中的有關(guān)計算（1）物質(zhì)純度、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的計算①物質(zhì)純度＝eq\f(不純物質(zhì)中含純物質(zhì)的質(zhì)量,不純物質(zhì)的總質(zhì)量)×100%②原料利用率＝eq\f(實際參加反應(yīng)的原料量,投入原料總量)×100%③產(chǎn)率＝eq\f(實際產(chǎn)量,理論產(chǎn)量)×100%（2）多步反應(yīng)計算①關(guān)系式法：先寫出多步反應(yīng)的化學(xué)方程式，然后找出反應(yīng)物和生成物之間物質(zhì)的量（或質(zhì)量）之比，列出關(guān)系式，即可一步計算。②元素守恒法：找出主要原料和最終產(chǎn)物之間物質(zhì)的量的對應(yīng)關(guān)系。找出此關(guān)系的簡便方法，就是分析原料與產(chǎn)物之間所含關(guān)鍵元素原子個數(shù)的關(guān)系，如FeS2～2H2SO4、S～H2SO4。特別提醒對于接觸法制硫酸要熟記四個“三”，即“三階段，三設(shè)備，三反應(yīng)，三原理”。濃硫酸和稀H2SO4對比[例2]某學(xué)習小組在鑒別濃硫酸和稀硫酸時，設(shè)計了如下方案：操作結(jié)論甲投入火柴梗變黑者為濃硫酸乙加入金屬鋁片產(chǎn)生刺激性氣味氣體者為濃硫酸丙分別加入到盛水的試管中放出大量熱者為濃硫酸丁用玻璃棒蘸濃氨水靠近盛酸的試劑瓶瓶口冒白煙者為濃硫酸戊加到CuSO4·5H2O晶體中變白者為濃硫酸（1）其中可行的是（填序號）。（2）其中稍作改進就能成為可行方案的是，改進方法是________________________________________________________________________。（3）完全錯誤的是，因為________________________________________________________________________。eq\a\vs4\al(狀元隨筆)濃硫酸吸水性和脫水性的區(qū)別：吸水性：濃硫酸吸取物質(zhì)中本身存在的水或結(jié)晶水的性質(zhì)。脫水性：濃硫酸將組成有機物的H、O元素按原子個數(shù)比2∶1以“H2O”的形式脫去的性質(zhì)由此看出：二者的根本區(qū)別在于物質(zhì)本身是否存在水分子。[提升2]下列關(guān)于濃硫酸的說法中，正確的是（）A．濃硫酸與銅共熱的反應(yīng)中，濃硫酸既表現(xiàn)出強氧化性，又表現(xiàn)出酸性B．濃硫酸有強氧化性，一定量的濃硫酸與足量的鋅反應(yīng)，不會有氫氣產(chǎn)生C．濃H2SO4具有吸水性，可以干燥任何氣體D．濃H2SO4是一種難揮發(fā)性酸，而HCl、HI、H2S是揮發(fā)性酸，可以用濃H2SO4分別與NaCl、KI、FeS等反應(yīng)制取HCl、HI、H2S等氣體eq\a\vs4\al(狀元隨筆)濃硫酸與鋅反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，濃硫酸的濃度逐漸減小，稀硫酸的性質(zhì)與濃硫酸的性質(zhì)不同。關(guān)鍵能力濃硫酸強氧化性的表現(xiàn)1．與金屬的反應(yīng)（1）Fe、Al的鈍化常溫下，當Fe、Al遇到濃硫酸時，會與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)，表面生成一層致密的氧化物薄膜而出現(xiàn)“鈍化”現(xiàn)象。（2）與氫之前的活潑金屬反應(yīng)Zn＋2H2SO4（濃）=ZnSO4＋SO2↑＋2H2O規(guī)律：①濃硫酸既表現(xiàn)氧化性，又表現(xiàn)酸性；②濃硫酸一旦變稀，就發(fā)生：Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。（3）與氫之后的不活潑金屬（除Au、Pt外）反應(yīng)Cu＋2H2SO4（濃）eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O規(guī)律：①反應(yīng)需加熱，否則不反應(yīng)；②氧化產(chǎn)物是硫酸鹽，金屬顯高價，還原產(chǎn)物為SO2；③濃硫酸既表現(xiàn)氧化性，又表現(xiàn)酸性；④隨反應(yīng)進行，硫酸濃度變小，一旦變?yōu)橄×蛩?，反?yīng)就會停止。2．與非金屬反應(yīng)C＋2H2SO4（濃）eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。3．與還原性化合物的反應(yīng)常見的還原性物質(zhì)FeSO4、Na2S、H2S、HBr、HI等均能被濃H2SO4氧化。eq\a\vs4\al(狀元隨筆)濃H2SO4與稀H2SO4氧化性的區(qū)別：濃H2SO4具有強氧化性，原因是H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4→eq\o(S,\s\up6(＋4))O2；稀H2SO4具有弱氧化性，原因是eq\o(H,\s\up6(＋1))2SO4→H2。學(xué)考評價——夯實·測控·演練1.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，按圖所示密閉體系中氣流的流向，則A處流出的氣體為（）A．SO2B．SO3、O2C．SO2、O2D．SO2、SO32．濃硫酸和2mol·L－1的稀硫酸，在實驗室中敞口放置。它們的質(zhì)量和放置天數(shù)的關(guān)系如圖。分析a、b曲線變化的原因是（）A．a(chǎn)升華、b冷凝B．a(chǎn)揮發(fā)、b吸水C．a(chǎn)蒸發(fā)、b潮解D．a(chǎn)冷凝、b吸水3．（雙選）下列對濃硫酸的敘述正確的是（）A．常溫下，濃硫酸與鐵、鋁不反應(yīng)，所以鐵質(zhì)、鋁質(zhì)容器能盛放濃硫酸B．濃硫酸具有脫水性，能使蔗糖炭化C.濃硫酸和銅片加熱既表現(xiàn)出酸性，又表現(xiàn)出氧化性D.濃硫酸與亞硫酸鈉反應(yīng)制取SO2時，濃硫酸表現(xiàn)出強氧化性4．把1g含脈石（SiO2）的黃鐵礦樣品在氧氣流中灼燒，反應(yīng)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%5．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、氨氣等氣體，但不能干燥有較強還原性的HI、H2S等氣體B．濃硫酸與單質(zhì)碳反應(yīng)的化學(xué)方程式為C＋2H2SO4（濃）eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，在此反應(yīng)中，濃硫酸既表現(xiàn)了強氧化性又表現(xiàn)了酸性C.把足量銅粉投入到含2molH2SO4的濃硫酸中，加熱得到氣體體積標準狀況下為22.4LD．將濃硫酸與濃硝酸混合時，應(yīng)將濃硫酸緩緩注入盛濃硝酸的容器中6．某小組同學(xué)為探究銅跟濃硫酸的反應(yīng)情況，并收集一瓶反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，設(shè)計了如圖所示裝置。實驗中他們?nèi)?.4g銅片與12mL18mol/L濃硫酸放在圓底燒瓶中加熱，直到反應(yīng)完畢仍發(fā)現(xiàn)燒瓶中有銅剩余。（1）為防止空氣污染，請補畫如圖虛框中的實驗裝置，并注明所需要的試劑名稱。（2）寫出銅跟濃硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：。（3）該小組認為銅片未完全溶解，則瓶中可能還有一定量的硫酸剩余，其原因是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（4）為證明反應(yīng)結(jié)束后的燒瓶中確有余酸，可選用下列藥品中的（填寫字母序號）。A．鐵粉B．BaCl2溶液C．銀粉練后感悟濃、稀硫酸的鑒別方法現(xiàn)象濃H2SO4稀H2SO4物理性質(zhì)加入水中放出大量熱無明顯現(xiàn)象觀察狀態(tài)黏稠狀液體黏稠度較小的液體密度濃H2SO4密度較大，相同體積時，濃H2SO4質(zhì)量大化學(xué)性質(zhì)鐵片因鐵被鈍化而無明顯現(xiàn)象產(chǎn)生大量氣泡銅片（加熱）有氣泡產(chǎn)生，溶液變藍無明顯現(xiàn)象白紙立即變黑無明顯現(xiàn)象膽礬藍色變?yōu)榘咨珶o顏色變化第2課時硫酸的制備與性質(zhì)學(xué)業(yè)基礎(chǔ)新知預(yù)習CuSO4·5H2OFeSO4·7H2O沸騰爐4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe2O3＋8SO2接觸室2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3吸收塔SO3＋H2O=H2SO4無色eq\o(□,\s\up1(10))黏稠、油狀液體eq\o(□,\s\up1(11))較高eq\o(□,\s\up1(12))難揮發(fā)eq\o(□,\s\up1(13))易溶eq\o(□,\s\up1(14))2H＋＋Zn=Zn2＋＋H2↑eq\o(□,\s\up1(15))紅eq\o(□,\s\up1(16))2H＋＋CuO=Cu2＋＋H2Oeq\o(□,\s\up1(17))H＋＋OH－=H2Oeq\o(□,\s\up1(18))SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋Ba2＋=BaSO4↓eq\o(□,\s\up1(19))吸水eq\o(□,\s\up1(20))黑eq\o(□,\s\up1(21))膨脹eq\o(□,\s\up1(22))褪色eq\o(□,\s\up1(23))脫水eq\o(□,\s\up1(24))氧化eq\o(□,\s\up1(25))還原eq\o(□,\s\up1(26))溶解eq\o(□,\s\up1(27))氣泡eq\o(□,\s\up1(28))變藍eq\o(□,\s\up1(29))褪色eq\o(□,\s\up1(30))強氧化eq\o(□,\s\up1(31))干燥劑eq\o(□,\s\up1(32))有機物eq\o(□,\s\up1(33))2∶1eq\o(□,\s\up1(34))鈍化eq\o(□,\s\up1(35))Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2Oeq\o(□,\s\up1(36))C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O即時自測1．答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2．解析：首先明確該裝置(設(shè)備)在吸收SO3過程中是采用逆流原理進行吸收的，即98.3%的硫酸是從吸收塔頂噴下，而SO3是從吸收塔底部通入的。這樣有利于氣、液的充分接觸，吸收效果好。從吸收塔上部導(dǎo)出的氣體是N2、沒有起反應(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。答案：C3．答案：(1)沸騰爐(2)①增大礦石跟空氣的接觸面積，使之燃燒充分②提高原料的利用率(3)4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe2O3＋8SO24．解析：濃硫酸使藍色硫酸銅晶體變白，是因為濃硫酸的吸水性而不是脫水性。答案：(1)①C②C③AB④BE⑤BD(2)SO2和H2濃硫酸與鋅反應(yīng)放出SO2氣體，隨著反應(yīng)的進行，濃硫酸變?yōu)橄×蛩?，鋅與稀硫酸反應(yīng)放出H2核心素養(yǎng)例1【解析】(1)該裝置中a可干燥SO2、O2并使兩者充分混合，控制氣體流速；b為SO2與O2的反應(yīng)裝置；c可驗證反應(yīng)后混合氣體中含有SO3，所以c中試劑是0.5mol·L－1BaCl2溶液；d的作用是吸收SO3和酸霧；e的作用是通過酸性高錳酸鉀溶液吸收SO2而褪色(或變淺)，檢驗和除去混合氣體中的SO2；f中收集的氣體是氧氣。(2)用飽和NaHSO3溶液代替98.3%的濃硫酸，不可行，其理由是SO3與NaHSO3反應(yīng)生成SO2，干擾對原混合氣體中SO2的檢驗?！敬鸢浮?1)0.5mol·L－1BaCl2溶液檢驗和除去SO2O2(2)SO3與NaHSO3反應(yīng)生成SO2，干擾對原混合氣體中SO2的檢驗提升1解析：乙裝置相當于接觸室，將SO2催化氧化為SO3，由于該反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，故從乙裝置中出來的氣體中含有SO2、O2、SO3；丙裝置相當于吸收塔，用濃硫酸吸收SO3；丁裝置是用水吸收SO3，SO3溶于水會放出大量的熱，使水汽化為水蒸氣，從而形成酸霧；本實驗中缺少尾氣吸收裝置。(6)FeS2的實際用量為100t×95%×(1－5%)×92%×(1－0.6%)＝82.5t。設(shè)可制得98%的濃硫酸的質(zhì)量為x，由關(guān)系式：FeS2～2H2SO4，則eq\f(120,82.5t)＝eq\f(2×98,98%x)，解得x＝137.5t。答案：(1)4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe2O3＋8SO2(2)接觸室吸收塔(3)SO2、O2、SO3(4)吸收SO3有酸霧產(chǎn)生(5)缺少尾氣吸收裝置(6)137.5例2【解析】(1)甲、丙、戊分別利用濃硫酸的脫水性、溶解時放出大量的熱、吸水性設(shè)計，方案可行。(2)乙中常溫下鋁遇濃硫酸使鋁鈍化，加熱即可反應(yīng)。而常溫下鋁片可與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生H2。(3)丁錯誤，揮發(fā)性酸遇濃氨水才能產(chǎn)生白煙，濃硫酸不屬于揮發(fā)性酸?！敬鸢浮?1)甲、丙、戊(2)乙加熱(3)丁硫酸是高沸點酸，不揮發(fā)提升2解析：Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O，每2molH2SO4參與反應(yīng)時，其中1molH2SO4作氧化劑，被還原成SO2，而另1molH2SO4起酸的作用，生成CuSO4，A正確；濃硫酸具有強氧化性，濃硫酸與足量的鋅反應(yīng)生成二氧化硫，隨著反應(yīng)的進行，濃硫酸變稀，稀硫酸與鋅反應(yīng)生成氫氣，B不正確；濃硫酸不能干燥堿性氣體和還原性氣體，C不正確；濃硫酸具有強氧化性，所以強還原性氣體既不能用濃硫酸制備，也不能用濃硫酸干燥，D不正確。答案：A學(xué)考評價1．解析：進入熱交換器預(yù)熱的是SO2和O2的混合物，據(jù)此可排除A、B、D。在預(yù)熱