高中化學必修1：3.2.2 硫酸　酸雨及其防治

高中化學必修課程PAGEPAGE1第2課時硫酸酸雨及其防治[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.能從物質(zhì)類別和硫元素化合價的角度認識硫酸的性質(zhì)，通過實驗探究濃硫酸的脫水性和強氧化性，促進“科學探究與創(chuàng)新意識”化學核心素養(yǎng)的發(fā)展。2.了解酸雨的形成過程、產(chǎn)生的危害及防治酸雨的具體措施，增強環(huán)境保護意識和社會責任意識。一、濃硫酸的特性1.吸水性(1)濃硫酸可吸收空氣或其他氣體中的水蒸氣、混在固體中的濕存水、結(jié)晶水合物中的結(jié)晶水。(2)將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中，其質(zhì)量將增大，濃度將減小，密度將減小，體積將增大。(3)實驗室常用盛有濃硫酸的洗氣瓶干燥某些不與它發(fā)生反應(yīng)的氣體，如H2、Cl2、O2、CO2、SO2等。2.脫水性(1)濃硫酸可使有機化合物中的氫、氧元素按水的元素組成比從有機物中“脫離”出來，結(jié)合生成水分子。(2)濃硫酸脫水性實驗如圖所示：①現(xiàn)象：蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀固體，放出有刺激性氣味的氣體，品紅溶液褪色。②結(jié)論：濃硫酸具有脫水性，且能氧化碳單質(zhì)，同時自身被還原為二氧化硫。相關(guān)鏈接濃硫酸與蔗糖的脫水性實驗中，蔗糖變黑，是因為蔗糖脫水碳化生成了炭；生成海綿狀的“黑色面包”是因為同時還生成了氣體，炭與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生CO2、SO2等氣體，具體反應(yīng)的化學方程式分別為C12H22O11(蔗糖)eq\o(→,\s\up7(濃硫酸))12C＋11H2O；C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。濃硫酸的吸水性與脫水性比較吸水性脫水性作用對象含有水分子或結(jié)晶水的物質(zhì)(有水則吸)有機物分子中的氫、氧元素按水的元素組成比脫去(無水則脫)變化類型物理變化、化學變化化學變化能量變化放熱放熱3.強氧化性(1)與金屬銅的反應(yīng)①實驗現(xiàn)象：試管a中銅絲表面變黑，有氣泡逸出；試管b中的品紅溶液逐漸變?yōu)闊o色；試管c中的紫色石蕊溶液逐漸變?yōu)榧t色；冷卻后，將試管a里的溶液慢慢倒入水中，溶液變?yōu)樗{色。②銅與濃硫酸反應(yīng)的化學方程式：Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(2)與鐵、鋁的反應(yīng)常溫下，鐵、鋁表面被濃硫酸氧化為致密的氧化膜而鈍化，從而阻止了酸與內(nèi)層金屬的進一步反應(yīng)，所以常溫下可以用鐵、鋁質(zhì)容器來盛裝濃硫酸。(3)與非金屬的反應(yīng)濃硫酸與木炭反應(yīng)的化學方程式：C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。濃硫酸的強氧化性(1)濃硫酸中硫元素為＋6價，屬于硫元素的最高價，濃硫酸具有強氧化性，加熱時氧化性更強，濃硫酸的還原產(chǎn)物是SO2。(2)濃硫酸能與大多數(shù)金屬反應(yīng)，生成高價態(tài)金屬的硫酸鹽，本身一般被還原為SO2。(3)濃硫酸可將碳、磷等非金屬單質(zhì)氧化成高價態(tài)的氧化物或含氧酸，本身被還原為SO2。(1)用氧化還原反應(yīng)的原理解釋：具有氧化性的濃硫酸能干燥有還原性的SO2嗎？提示能，因為＋6價的S和＋4價的S之間沒有中間價態(tài)，不能發(fā)生化學反應(yīng)。(2)實驗室用MnO2和濃鹽酸加熱制取氯氣、銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成SO2氣體，其中的酸會不會完全反應(yīng)？提示酸都不會完全反應(yīng)。MnO2和濃鹽酸加熱制取氯氣時，隨著反應(yīng)的進行，鹽酸濃度越來越小，當變?yōu)橄←}酸時，反應(yīng)停止；而銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成SO2氣體時，硫酸濃度也會變小，當變?yōu)橄×蛩釙r，反應(yīng)也停止。(3)將足量的鋅粉投入一定量的濃硫酸中，寫出可能發(fā)生反應(yīng)的化學方程式。提示Zn＋2H2SO4(濃)=ZnSO4＋SO2↑＋2H2OZn＋H2SO4(稀)=ZnSO4＋H2↑方法規(guī)律——濃硫酸與金屬反應(yīng)的規(guī)律(1)濃硫酸與金屬反應(yīng)時，既表現(xiàn)酸性又表現(xiàn)強氧化性，而與非金屬反應(yīng)時，只表現(xiàn)強氧化性。(2)濃硫酸與不活潑金屬(如銅)反應(yīng)時，隨著反應(yīng)的進行，濃硫酸濃度變小，一旦變?yōu)橄×蛩?，就不再與不活潑金屬反應(yīng)。(3)濃硫酸與活潑金屬(如鋅)反應(yīng)時，開始濃硫酸表現(xiàn)其強氧化性，產(chǎn)生二氧化硫氣體；當濃硫酸變?yōu)橄×蛩釙r，則產(chǎn)生的氣體為氫氣。相關(guān)鏈接硫酸的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)①純凈的硫酸是無色、黏稠、難揮發(fā)的油狀液體。②硫酸的密度大于水的密度，硫酸溶液中硫酸的質(zhì)量分數(shù)越大，其密度越大；質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸，密度為1.84g·cm－3。③硫酸與水以任意比互溶，濃硫酸溶解時可放出大量的熱；濃硫酸的稀釋方法是將濃硫酸沿燒杯內(nèi)壁緩緩倒入水中，并用玻璃棒不斷攪拌。(2)硫酸為二元強酸，具有酸的通性。(3)濃硫酸的特性①濃硫酸能吸收空氣中和物質(zhì)表面的水，還能奪取結(jié)晶水合物中的結(jié)晶水。前者是物理變化，后者是化學變化。②濃硫酸具有脫水性，能使木炭碳化、白紙變黑、蔗糖變黑等。③濃硫酸具有強氧化性Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O2Fe＋6H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2OC＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2OS＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))3SO2↑＋2H2O2P＋5H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))2H3PO4＋5SO2↑＋2H2O2FeSO4＋2H2SO4(濃)=Fe2(SO4)3＋SO2↑＋2H2OH2S＋H2SO4(濃)=S↓＋SO2↑＋2H2O二、酸雨及其防治1.酸雨的概念正常雨水的pH約為5.6，這是因為雨水中溶解了二氧化碳的緣故。pH＜5.6的降水稱為酸雨。2.酸雨的形成(1)化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化硫是形成硫酸型酸雨的主要物質(zhì)。(2)硫酸型酸雨形成過程如下圖所示：寫出圖中標號所示的化學方程式：①2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(粉塵等催化劑))2SO3；②SO2＋H2OH2SO3；③SO3＋H2O=H2SO4；④2H2SO3＋O2=2H2SO4。3.酸雨的危害(1)直接破壞農(nóng)作物、森林、草原，使土壤、湖泊酸化。(2)加速建筑物、橋梁、工業(yè)設(shè)備、運輸工具及電線電纜的腐蝕。(3)導致地下水中重金屬元素含量增加，污染水源，危害人體健康。4.酸雨的防治(1)消除污染源，改變能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)利用清潔能源，如太陽能、風能、氫能等。(2)對酸性物質(zhì)的排放加以控制，如燃料脫硫處理，廢氣中二氧化硫回收利用等。(3)健全法律法規(guī)，嚴格規(guī)定污染物的排放標準，提高環(huán)境保護意識。(1)二氧化硫溶于水形成的酸雨，放置一段時間，其pH會如何變化？提示pH將減小。二氧化硫溶于水形成的酸雨中含有的弱酸亞硫酸，在空氣中易被氧化為硫酸，硫酸為強酸，放置一段時間后，溶液的酸性增強，pH會減小。(2)根據(jù)所學知識，你知道采取什么辦法能解決下列問題嗎？①治理已酸化的湖泊和土壤。②保護暴露在大氣中的建筑。提示①對于已酸化的湖泊和土壤，可以加入生石灰進行改良。②對于暴露在大氣中的建筑可以通過粉刷油漆進行保護。(3)某有色金屬冶煉廠排放的廢氣中含SO2，先用石灰漿吸收SO2，然后利用空氣中的氧氣將產(chǎn)物繼續(xù)氧化成石膏(CaSO4·2H2O)。寫出有關(guān)反應(yīng)的兩個化學方程式。提示SO2＋Ca(OH)2=CaSO3＋H2O，2CaSO3＋O2＋4H2O=2CaSO4·2H2O相關(guān)鏈接二氧化硫的吸收與處理方法(1)“鈣基固硫法”脫硫原理SO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(△))CaSO32CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CaSO4(2)“石灰石—石膏法”脫硫原理SO2＋Ca(OH)2=CaSO3＋H2O2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CaSO4(3)“氨水法”脫硫原理SO2＋2NH3＋H2O=(NH4)2SO3SO2＋NH3＋H2O=NH4HSO32(NH4)2SO3＋O2=2(NH4)2SO42NH4HSO3＋O2=2NH4HSO4上述三種脫硫方法既可以消除燃煤煙氣中的SO2，又可以得到副產(chǎn)品石膏(CaSO4·2H2O)或(NH4)2SO4。三、硫及其化合物間的相互轉(zhuǎn)化1.不同價態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化與重要含硫物質(zhì)的性質(zhì)2.硫及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系圖(1)寫出上圖中序號所示反應(yīng)的化學方程式，并指明各反應(yīng)中含硫物質(zhì)所表現(xiàn)的性質(zhì)(氧化性或還原性)。①Fe＋Seq\o(=,\s\up7(△))FeS，S表現(xiàn)氧化性；②S＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))SO2，S表現(xiàn)還原性；③2H2S＋SO2=3S↓＋2H2O，H2S表現(xiàn)還原性，SO2表現(xiàn)氧化性；④SO2＋Cl2＋2H2O=H2SO4＋2HCl，SO2表現(xiàn)還原性；⑤Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O，濃硫酸表現(xiàn)強氧化性。(2)寫出圖中⑥⑦⑧反應(yīng)的離子方程式。⑥SO3＋2OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2O；⑦SOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=SO2↑＋H2O；⑧SOeq\o\al(2－,4)＋Ba2＋=BaSO4↓。1.下列現(xiàn)象與用途和濃硫酸的脫水性有關(guān)的是()A.濃硫酸可做氯氣的干燥劑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(yīng)制取二氧化硫[答案]B[解析]濃硫酸和氯氣不反應(yīng)，濃硫酸做氯氣的干燥劑，體現(xiàn)了吸水性，A項錯誤；濃硫酸將蔗糖中的H、O元素以2∶1的比例脫去而體現(xiàn)脫水性，B項正確；濃硫酸加到膽礬上，藍色晶體變成白色粉末，體現(xiàn)了吸水性，C項錯誤；濃硫酸和銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)體現(xiàn)其強氧化性，D項錯誤。2.下列關(guān)于濃硫酸與銅反應(yīng)敘述正確的是()A.在反應(yīng)中，濃硫酸只表現(xiàn)出氧化性B.此反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng)C.在反應(yīng)中，濃硫酸既表現(xiàn)出氧化性，又表現(xiàn)出酸性D.每1mol銅參加反應(yīng)就有2mol濃硫酸被還原，同時生成2mol二氧化硫[答案]C[解析]由Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O可知，若有2mol硫酸參加反應(yīng)：其中1mol硫酸生成硫酸銅，這部分硫酸化合價不變，表現(xiàn)酸性；另1mol硫酸生成二氧化硫，這部分硫酸中硫元素化合價由＋6價變?yōu)椋?價，表現(xiàn)氧化性；即1mol銅參加反應(yīng)時，則有1mol濃硫酸被還原，同時生成1mol二氧化硫。3.濃硫酸與下列物質(zhì)作用時，只表現(xiàn)強氧化性的是()A.藍色硫酸銅晶體 B.木材碳化C.紅熱木炭 D.氧化鋁[答案]C[解析]濃硫酸具有吸水性，能使藍色硫酸銅晶體變?yōu)榘咨勰?；濃硫酸使木材碳化表現(xiàn)的是脫水性；濃硫酸與紅熱的木炭反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫和水，濃硫酸只表現(xiàn)強氧化性；濃硫酸與氧化鋁反應(yīng)表現(xiàn)的是酸性。4.下列敘述正確的是()等B.濃硫酸與單質(zhì)硫反應(yīng)的化學方程式為S＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))3SO2↑＋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.把足量銅的氣體在標準狀況下的體積為22.4LD.常溫下能夠用鐵、鋁質(zhì)容器盛放濃硫酸，是因為濃硫酸的強氧化性使其鈍化[答案]D[解析]不能用濃硫酸干燥NH3，A項錯誤；濃硫酸與單質(zhì)S反應(yīng)時，只表現(xiàn)強氧化性，B項錯誤；Cu與濃H2SO4反應(yīng)過程中，濃H2SO4濃度逐漸降低，當變成稀H2SO4時，反應(yīng)停止，則參加反應(yīng)的H2SO4少于2mol，故產(chǎn)生的SO2在標準狀況下的體積不足22.4L，C項錯誤。特別提示常溫下，濃硫酸可使鐵、鋁“鈍化”?！扳g化”是化學變化，而不是物理變化，更不是不反應(yīng)。L(標準狀況)。將反應(yīng)后的溶液稀釋至1L，測得溶液的c(H＋)＝0.1mol·L－1，則下列敘述中錯誤的是()A.氣體A為SO2和H2的混合物B.氣體A中SO2和H2的體積比為4∶1C.反應(yīng)中共消耗Zn97.5gD.反應(yīng)中共轉(zhuǎn)移3mol電子[答案]B[解析]生成氣體的物質(zhì)的量為eq\f(33.6L,22.4L·mol－1)＝1.5mol，剩余硫酸的物質(zhì)的量為eq\f(1,2)×1L×0.1mol·L－1＝0.05mol，參加反應(yīng)的n(H2SO4)＝0.1L×18.5mol·L－1－0.05mol＝1.8mol，濃硫酸與鋅反應(yīng)生成SO2，隨著反應(yīng)的進行，硫酸的濃度逐漸減小，稀硫酸與鋅反應(yīng)生成H2，設(shè)反應(yīng)生成xmolSO2，ymolH2，依據(jù)反應(yīng)方程式可得x＋y＝1.5,2x＋y＝1.8，解得x＝0.3，y＝1.2，所以反應(yīng)生成0.3molSO2和1.2molH2，B項錯誤。6.酸雨形成的最主要原因是()A.森林遭亂砍濫伐，破壞了生態(tài)平衡B.工業(yè)上大量燃燒含硫燃料C.大氣中二氧化碳的含量增多D.汽車排出大量尾氣[答案]B[解析]空氣中硫的氧化物和氮的氧化物隨雨水降下就形成酸雨。酸雨的形成主要是由于空氣中SO2和NOx的增多。在我國主要是SO2的增多?？諝庵蠸O2的主要來源是：①化石燃料(煤和石油產(chǎn)品)的燃燒；②含硫礦石的冶煉；③硫酸、磷肥、紙漿廠的工業(yè)廢氣。目前，由于汽車用的燃料汽油、柴油等都經(jīng)過了脫硫處理，所以形成酸雨的最主要原因是工業(yè)上大量燃燒含硫燃料。7.現(xiàn)有以下幾種措施：①對燃燒煤時產(chǎn)生的尾氣進行脫硫處理；②少用原煤做燃料；③燃煤時鼓入足量空氣；④開發(fā)清潔能源。其中能減少酸雨產(chǎn)生的措施是()A.①②③B.②③④C.①②④D.①③④[答案]C[解析]煤及其他化石燃料中含S元素，它們?nèi)紵a(chǎn)生的SO2的大量排放是形成酸雨的主要原因。對燃煤產(chǎn)生的尾氣進行脫硫，少用、不用原煤做燃料，開發(fā)清潔能源都可以減少SO2的排放，減少酸雨的產(chǎn)生。燃煤時鼓入足量空氣只能提高煤的燃燒效率，不能減少SO2的排放。8.單質(zhì)X與濃硫酸共熱，反應(yīng)中X與硫酸的物質(zhì)的量之比為1∶2，則X元素在生成物中的化合價可能為()①＋1②＋2③＋3④＋4A.②④B.③④C.①②D.①③[答案]A[解析]若X為金屬，X＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))XSO4＋SO2↑＋2H2O，則X為＋2價。若X為非金屬，X＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))XO2＋2SO2↑＋2H2O，則X為＋4價。9.形成酸雨的原理之一可簡示為含硫燃料eq\o(→,\s\up7(O2),\s\do5(反應(yīng)①))Aeq\o(→,\s\up7(O2),\s\do5(反應(yīng)②))Beq\o(→,\s\up7(H2O),\s\do5(反應(yīng)③))硫酸回答下列問題：(1)A物質(zhì)的化學式為_____________，B物質(zhì)的化學式為____________。(2)洗滌含SO2的煙氣，以下物質(zhì)可做洗滌劑的是________(填字母)。a.Ca(OH)2b.Na2CO3c.CaCl2d.NaHSO3(3)利用鈉堿循環(huán)法可脫除煙氣中的SO2，在鈉堿循環(huán)法中，Na2SO3溶液作為吸收液，可由NaOH溶液吸收SO2制得，該反應(yīng)的離子方程式是____________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)SO2SO3(2)ab(3)SO2＋2OH－=SOeq\o\al(2－,3)＋H2O10.如圖表示某固態(tài)單質(zhì)A及