高中化学专题4硫氮和可持续发展第一单元含硫化合物的性质和应用第2课时硫酸的制备和性质学案苏教版必修1.docx

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高中化学专题4硫氮和可持续发展第一单元含硫化合物的性质和应用第2课时硫酸的制备和性质学案苏教版必修1

第2课时　硫酸的制备和性质

[学习目标定位]　1.知道工业生产硫酸的基本原理及生产过程中原料的综合利用。

2.熟知硫酸的化学性质和浓硫酸的特性。

一、硫酸的制备

工业上接触法制硫酸的主要设备及生产流程如下图：

根据上图回答下列问题：

（1）填写下列各进口或出口物质的名称：

A含硫矿石（如FeS2）；B炉渣；C二氧化硫、氧气；D尾气（SO2、O2）。

（2）接触法制硫酸分为三个阶段，填写下表：

三原料

硫黄或含硫矿石（硫铁矿）

空气

98.3%的浓H2SO4

三阶段

造气（生成SO2）

接触氧化（生成SO3）

SO3吸收（生成H2SO4）

三设备

沸腾炉

接触室

吸收塔

三反应

（均放热）

S＋O2

SO2；

4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2

2SO2＋O2

2SO3

SO3＋H2O===H2SO4

　工业制硫酸的注意事项

（1）在沸腾炉中煅烧黄铁矿时，要把矿石粉碎，目的是增大黄铁矿与O2的接触面积，使反应加快提高原料利用率。

（2）炉气进入接触室前要净化，目的是除去炉气中的杂质，防止催化剂中毒及对设备造成不利影响。

（3）接触室内使用热交换器的目的是利用SO2和O2反应放出的热量预热输入设备的气体，冷却反应后的气体。

（4）在吸收塔内用98.3%的浓H2SO4吸收SO3而不是用水吸收的原因是用水吸收SO3时，易形成酸雾，吸收速率慢，而用98.3%的浓H2SO4吸收SO3时，吸收SO3的速率快，不形成酸雾，吸收完全。

1．在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是（　　）

A．黄铁矿煅烧前要粉碎，因为大块硫铁矿不能燃烧

B．从沸腾炉出来的气体只有SO2

C．SO2氧化成SO3，SO2能全部转化为SO3

D．SO3用98.3%的浓H2SO4吸收，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全

答案　D

解析　将黄铁矿粉碎是使其增大与空气的接触面积，使燃烧更快、更充分，并不是大块黄铁矿不能燃烧。

从沸腾炉出来的气体除SO2外，还有SO3、O2等。

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。

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%的浓硫酸作为吸收剂，则不会出现酸雾，吸收SO3更充分。

2．工业上制硫酸的设备分为三大部分：

沸腾炉、接触室、吸收塔。

下面的装置是仿照工业上制备硫酸工艺的流程设计出来的，用于探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。

请回答下列问题：

（1）写出沸腾炉内煅烧硫铁矿的反应方程式____________________________________

________________________________________________________________________。

（2）上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸装置中的________________、________________。

（3）从乙装置中出来的气体有________________________________________________。

（4）丙装置的作用为____________________，丁中的现象为________________。

（5）本实验设计还存在的较明显缺陷是_______________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2　

（2）接触室　吸收塔　（3）SO2、O2、SO3　（4）吸收SO3　有酸雾产生　（5）缺少尾气吸收装置

解析　乙装置相当于接触室，将SO2催化氧化为SO3，由于该反应是一个可逆反应，故从乙装置中出来的气体中含有SO2、O2、SO3；丙装置相当于吸收塔，用浓硫酸吸收SO3；丁装置是用水吸收SO3，SO3溶于水会放出大量的热，使水汽化为水蒸气，从而形成酸雾；本实验中缺少尾气吸收装置。

二、浓硫酸的特性

1．将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量的变化是增大，变化的原因是浓硫酸能吸收空气中的水蒸气。

若将一瓶浓盐酸（或浓硝酸）敞口放置在空气中，其质量的变化是减小，原因是浓盐酸（或浓硝酸）易挥发，溶质减少。

2．将一定量的蔗糖放入小烧杯中，加入浓硫酸，观察到的现象是白色蔗糖变黑、体积膨胀，变成疏松多孔的海绵状的炭，并放出有刺激性气味的气体，发生反应的化学方程式是C12H22O11

12C＋11H2O。

3．按表中图示装置完成实验，将有关反应现象及实验结论填入表中：

实验操作

实验现象

a试管中铜丝表面变黑，有气泡逸出；

b试管中的品红溶液逐渐变为无色；

c试管中的紫色石蕊溶液逐渐变为红色；

将a试管里的溶液慢慢倒入水中，溶液变为蓝色

实验结论

Cu和浓H2SO4反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

　浓硫酸的特性

（1）吸水性：

浓硫酸可以吸收空气或其他气体中的水蒸气、混在固体中的湿存水、结晶水合物中的结晶水。

在实验室里常用浓硫酸作干燥剂。

（2）脱水性：

浓硫酸可以使有机化合物中的氢、氧元素按水的组成从有机物中“脱离”出来，结合生成水分子。

（3）强氧化性

①浓硫酸能与大多数金属反应，生成高价态金属的硫酸盐，本身一般被还原为SO2。

②常温下，冷的浓硫酸能使Fe、Al发生钝化，故可用铝槽车运输浓H2SO4。

③与非金属反应

浓硫酸可将碳、磷等非金属单质氧化成高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为SO2。

加热时，浓硫酸与木炭反应的化学方程式为

C＋2H2SO4（浓）

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。

3．浓硫酸具有A.强酸性，B.强氧化性，C.高沸点、难挥发性，D.脱水性，E.吸水性等性质。

以下过程主要表现了浓硫酸的哪些性质？

请将答案的字母分别填入括号中。

（1）用NaCl固体和浓H2SO4在加热条件下制氯化氢气体（　　）

（2）用磷矿物[主要成分是Ca3（PO4）2]和硫酸反应制磷酸（　　）

（3）浓硫酸干燥H2、O2、Cl2、HCl和SO2等气体（　　）

（4）常温下可以用铁或铝的容器贮存浓硫酸（　　）

（5）胆矾放在盛浓硫酸的干燥器中变成白色粉末（　　）

（6）不能用浓硫酸干燥HBr、HI和H2S等气体（　　）

（7）浓硫酸使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后变黑（　　）

答案　

（1）C　

（2）A　（3）E　（4）B　（5）E　（6）B

（7）AD

解析　

（1）浓硫酸具有高沸点、难挥发性，氯化氢气体易挥发。

（2）磷酸是高沸点的中强酸，利用强酸与弱酸盐反应制弱酸的原理制磷酸。

（3）浓硫酸吸收混在上述气体中的杂质水蒸气。

（4）常温下，浓硫酸和铝、铁反应，在金属表面生成一层薄而致密的氧化物薄膜，阻止内部的金属和浓硫酸继续反应。

（5）浓硫酸吸收胆矾晶体中的结晶水，使之变成无水硫酸铜白色粉末。

（6）浓硫酸具有强氧化性，而HBr、HI、H2S具有强还原性。

（7）浓硫酸既具有酸的通性，可使酸碱指示剂变色，又具有脱水性，可使有机物炭化。

规律总结　浓H2SO4强氧化性的理解

（1）浓H2SO4与稀H2SO4氧化性的区别

浓H2SO4具有强氧化性，原因是H2

O4―→

O2；

稀H2SO4具有弱氧化性，原因是

2SO4―→

2。

（2）常温下，Fe、Al遇浓H2SO4“钝化”

①“钝化”不是不反应，而是生成的致密氧化膜阻止金属与浓硫酸继续反应。

②加热条件下，Fe、Al与浓硫酸反应而不会“钝化”。

4．实验证明铜在低温下不能和O2发生反应，也不能和稀硫酸共热发生反应，但工业上却是将废铜屑倒入热的稀硫酸中并不断地通入空气来制取CuSO4溶液。

铜屑在此状态下发生的一系列化学反应的化学方程式为______________________________________________

________________________________________________________________________。

利用铜和浓H2SO4在加热条件下也能制备CuSO4溶液，其化学方程式为__________________。

以上两种方法哪种好？

________，原因是________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　2Cu＋O2

2CuO、CuO＋H2SO4（稀）===CuSO4＋H2O　Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

第一种方法好　①制得相同质量的产品，第一种方法消耗的硫酸少；②第二种方法生成SO2，会造成大气污染；③第一种方法节约能源

解析　在稀硫酸存在的条件下，Cu与O2反应后的生成物迅速溶解在热的稀硫酸中生成CuSO4；第二种方法是在加热条件下铜与浓硫酸反应，浓H2SO4会被还原为SO2，其利用率降低且生成的气体有毒。

规律总结　浓H2SO4与金属反应的规律

（1）H后面的金属Cu需要加热条件，H前面的金属Zn常温下即反应。

浓H2SO4被还原为SO2，金属被氧化为高价态硫酸盐（浓H2SO4足量）。

（2）浓H2SO4与金属反应时，既表现酸性又表现强氧化性。

（3）随着反应的进行，H2SO4浓度变小，变为稀H2SO4。

1．工业制硫酸发生的三个反应的化学方程式：

4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2（S＋O2

SO2）；

2SO2＋O2

2SO3；SO3＋H2O===H2SO4。

2．稀硫酸具有酸的通性，浓硫酸具有三大特征：

吸水性、脱水性和强氧化性。

3．浓H2SO4在与Cu、C的反应中作氧化剂，被还原为SO2，化学方程式为Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O、C＋2H2SO4（浓）

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。

1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）在接触法制硫酸中，矿石粉碎的目的是为了增大反应物的接触面积，使反应更充分（　　）

（2）在吸收塔内，是用浓硫酸吸收SO3而不是用水，目的是为了防止形成酸雾，腐蚀设备（　　）

（3）在SO2的氧化过程中，若O2充足，SO2可全部转化为SO3（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×

2．下列关于硫酸的说法正确的是________（填序号）。

（1）在常温下，浓硫酸与Fe和Al发生“钝化”，说明常温下浓H2SO4与Fe和Al都不反应

（2）浓硫酸具有强氧化性，稀硫酸不具有氧化性

（3）常温下将铜片放入浓硫酸中，无明显变化，说明铜在浓硫酸中发生“钝化”

（4）将浓H2SO4滴到湿的蔗糖表面，固体变黑膨胀并有刺激性气味气体生成，说明浓H2SO4有脱水性、吸水性和强氧化性

（5）浓H2SO4具有强氧化性，SO2具有还原性，所以浓H2SO4不能干燥SO2

（6）浓H2SO4具有吸水性，所以浓H2SO4可以干燥H2、CO、NH3、H2S、HI、HBr等气体

（7）浓H2SO4与过量的Cu反应与浓H2SO4与过量的Zn反应的原理完全一样

答案　（4）

3．下列关于浓硫酸和稀硫酸的叙述中正确的是（　　）

A．常温时都能与铁发生反应，放出气体

B．加热时都能与铜发生反应

C．都能作为气体干燥剂

D．硫元素的化合价都是＋6价

答案　D

解析　常温时浓硫酸使铁钝化；铜与稀硫酸常温和加热时都不反应；浓硫酸有吸水性可以作干燥剂，稀硫酸不能作干燥剂。

4．浓H2SO4在实现下列物质的转化过程中，既表现出氧化性，又表现出酸性的是（　　）

①Cu―→CuSO4　②C―→CO2　③FeO―→Fe2（SO4）3

④Fe2O3―→Fe2（SO4）3

A．①③B．②④C．①④D．②③

答案　A

解析　①正确，浓硫酸表现出强氧化性，将Cu氧化为Cu2＋，自身还原为SO2，同时生成了盐（CuSO4），体现了浓硫酸的酸性；②只体现了浓硫酸的强氧化性；③既体现了浓硫酸的强氧化性，将＋2价Fe氧化为＋3价Fe，同时又生成了盐[Fe2（SO4）3]，体现了浓硫酸的酸性；④只体现了浓硫酸的酸性。

5．向50mL18mol·L－1的H2SO4溶液中加入足量的铜片，加热使之反应。

则充分反应后，被还原的H2SO4的物质的量（　　）

A．小于0.45mol

B．等于0.45mol

C．在0.45mol和0.90mol之间

D．大于0.90mol

答案　A

解析　根据反应：

Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O。

若50mL18mol·L－1的H2SO4与铜完全反应，被还原的H2SO4的物质的量为0.45mol，而实际上，随着反应的进行，H2SO4的浓度逐渐变稀，铜与稀H2SO4不反应，故被还原的H2SO4的物质的量小于0.45mol。

6．Ⅰ.将适量的蔗糖放入烧杯中，加入少量水，搅拌均匀。

然后加入适量浓硫酸，迅速搅拌，放出大量的热，同时观察到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，并放出有刺激性气味的气体。

（1）生成的黑色物质是________（填化学式）。

（2）“体积膨胀，并放出有刺激性气味的气体”，写出对应的化学方程式________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）在

（2）的反应中，体现浓硫酸具有________（填序号）。

①酸性　②吸水性　③脱水性　④强氧化性

Ⅱ.向80mL浓硫酸中加入56g铜片，加热，至不再反应为止。

（1）写出铜与浓硫酸反应的化学方程式__________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）实验测得反应中共有13.44LSO2（标准状况）生成，反应中转移的电子有________mol。

答案　Ⅰ.

（1）C　

（2）C＋2H2SO4（浓）

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O

（3）④

Ⅱ.

（1）Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋2H2O＋SO2↑

（2）1.2

解析　Ⅰ.

（1）浓硫酸具有脱水性，能将蔗糖中的H、O原子以H2O（2∶1）的形式脱去，蔗糖脱水后只剩下C元素，故黑色物质是单质C。

（2）蔗糖脱水炭化放出大量的热，碳与浓硫酸在加热条件下反应：

C＋2H2SO4（浓）

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。

（3）碳与浓硫酸的反应中，浓硫酸被还原为SO2，浓硫酸表现出强氧化性。

Ⅱ.

（1）铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，

Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋2H2O＋SO2↑。

（2）n（SO2）＝

＝0.6mol，H2SO4―→SO2，S元素的化合价由＋6→＋4，故n（e－）＝2n（SO2）＝1.2mol。

[基础过关]

题组一　浓硫酸的性质

1．将浓硫酸慢慢滴入浓盐酸中，产生的现象是（　　）

A．产生黄绿色气体

B．冒白雾，混合物温度升高

C．液体四溅，冒白烟

D．冒白雾，温度降低

答案　B

2．在下图的实验装置中，实验开始一段时间后，对看到的现象叙述不正确的是（　　）

A．苹果块会干瘪B．胆矾晶体表面有白斑

C．小试管内有晶体析出D．pH试纸变红

答案　D

解析　A、B、C项中浓硫酸显示吸水性，D项中浓H2SO4显示脱水性，使pH试纸变黑。

3．下列关于浓硫酸的叙述正确的是（　　）

A．浓硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化

B．浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体

C．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体

D．浓硫酸在常温下能够使铁、铝等金属钝化

答案　D

解析　蔗糖炭化的原因是浓H2SO4具有脱水性；浓硫酸和铜反应时需要加热；浓硫酸不能干燥氨气，可与NH3反应。

4．实验室常用下图装置进行铜与浓硫酸反应的实验。

下列有关实验现象的描述或试剂的选用错误的是（　　）

A．甲试管内溶液变为蓝色

B．乙试管中品红溶液红色褪去

C．棉花上喷入的溶液可能为氢氧化钠溶液

D．棉花上喷入的溶液可能为饱和碳酸钠溶液

答案　A

解析　A项错误，由于浓硫酸中的水很少，浓硫酸具有强吸水性，所以甲试管中生成的硫酸铜应是白色固体，加水后是蓝色溶液。

SO2为酸性气体，可用碱性溶液如NaOH溶液或Na2CO3溶液等吸收，C项和D项正确。

5．5mL物质的量浓度为18mol·L－1的硫酸中加入足量铜片并加热，充分反应。

下列说法正确的是（　　）

A．有0.09mol的硫酸被还原

B．有0.045mol的硫酸被还原

C．充分反应后体系无硫酸剩余

D．消耗的铜的质量一定小于2.88g

答案　D

解析　浓硫酸与铜可发生氧化还原反应，而稀硫酸与铜不发生反应。

浓硫酸与铜反应时，随着反应进行，硫酸逐渐消耗，其浓度也逐渐变小，当硫酸由浓变稀时反应就会停止。

因此，参加反应的硫酸实际量要比理论计算值小。

据题n（H2SO4）＝0.005L×18mol·L－1＝0.09mol，参加反应的硫酸n（H2SO4）＜0.09mol，被还原的硫酸小于0.045mol，参加反应的铜小于2.88g。

6．下列事实与浓硫酸具有强氧化性有关的是（　　）

①常温时用铁制容器运输浓硫酸　②在硫酸工业生产中，用浓硫酸吸收SO3　③浓硫酸使蔗糖炭化变黑并有大量气体产生　④浓硫酸能使胆矾变为白色　⑤浓硫酸不能用来干燥HBr

A．①③④B．①②③

C．①③⑤D．②③④⑤

答案　C

解析　常温时用铁制容器运输浓硫酸，是应用了常温时铁遇浓硫酸发生了钝化，这是由浓硫酸的强氧化性引起的；硫酸工业生产中，用浓硫酸吸收SO3，是应用了浓硫酸的难挥发性及吸水性，以防止SO3溶于水或稀硫酸时形成酸雾，造成SO3不易被吸收；浓硫酸使蔗糖炭化变黑，是由于浓硫酸的脱水性引起的，而有大量气体产生则是蔗糖脱水后生成的炭被浓硫酸氧化成CO2气体，硫酸被还原成SO2；浓硫酸使胆矾变为白色是应用了其吸水性；浓硫酸不能用于干燥HBr，是因为浓硫酸具有强氧化性，而HBr具有还原性，如用浓硫酸干燥HBr，则HBr将被氧化成Br2。

题组二　浓硫酸与稀硫酸的比较

7．区别浓硫酸和稀硫酸，既简单又可靠的方法是（　　）

A．与铜片反应

B．与石蕊溶液反应

C．用玻璃棒各蘸少许涂在纸上

D．加入锌片看是否有气体生成

答案　C

解析　浓硫酸具有脱水性，涂在纸上，使其变黑色，稀硫酸涂在纸上无明显变化。

8．下图是某学校实验室从化学试剂商店买回的硫酸试剂标签上的部分内容，据此下列说法正确的是（　　）

硫酸　化学纯CP,500mL

化学式：

H2SO4

相对分子质量：

98

密度：

1.84g·cm－3

质量分数：

98%

A．该硫酸的物质的量浓度为9.2mol·L－1

B．1molZn与足量的该硫酸反应产生2g氢气

C．能用铁制容器盛放该硫酸

D．该硫酸稀释时应将水倒入盛有该酸的烧杯中并不断地用玻璃棒搅拌

答案　C

解析　此题考查浓硫酸和稀硫酸的不同点。

据标签信息可得c＝

＝

＝18.4mol·L－1，可知此硫酸为浓硫酸；稀硫酸与Zn反应产生H2，浓硫酸与Zn反应不产生H2；可用铁器盛放浓硫酸，但不能盛放稀硫酸；浓硫酸稀释时由于放出大量的热，故应将浓硫酸慢慢注入盛水的烧杯中，并不断用玻璃棒搅拌。

题组三　硫酸的制备

9．在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室（如图），按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体含有（　　）

A．仅SO2B．SO3、O2

C．SO2、O2D．SO2、SO3

答案　C

解析　A处流出的是已经过热交换器预热的原料气SO2和O2。

10．我国利用接触法制硫酸的第一步是在沸腾炉中焚烧黄铁矿：

4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2。

现有1g含脉石（SiO2）的黄铁矿（FeS2）样品，将其在氧气流中充分灼烧，反应完全后得0.78g残渣，则此黄铁矿的纯度是（　　）

A．33%B．66%C．78%D．88%

答案　B

解析　根据　4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2　Δm

480320　　　　　160

x　　　　1g－0.78g

＝

，

　解得：

x＝0.66g。

[能力提升]

11．在化学课上，围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究，将适量的蔗糖放入烧杯中，加入几滴水，搅拌均匀，然后加入浓硫酸，生成黑色物质。

请回答下列问题：

（1）生成的黑色物质（单质）是________（填化学式）。

（2）这种黑色物质继续与浓硫酸作用会产生两种气体，其中一种气体有刺激性气味，是大气的主要污染物之一，这种刺激性气味的气体成分是__________（填化学式），反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）据蔗糖与浓硫酸反应的实验现象，说明浓硫酸具有________（填字母）。

A．酸性B．吸水性

C．脱水性D．强氧化性

答案　

（1）C　

（2）SO2　C＋2H2SO4（浓）

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O　（3）BCD

解析　

（1）因为浓硫酸具有脱水性，故蔗糖在浓硫酸中生成的黑色物质是蔗糖脱水后生成的碳单质。

（2）因为浓硫酸具有强氧化性，故蔗糖脱水生成的碳单质可以继续和浓硫酸反应生成CO2、SO2和H2O，其反应的化学方程式为C＋2H2SO4（浓）

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。

（3）根据实验现象及

（1）

（2）的分析知，在蔗糖与浓硫酸的反应中，浓硫酸具有脱水性、强氧化性和吸水性。

12．某同学设计如下实验验证炭与浓硫酸的反应产物及产物的某些性质。

（1）装置A中盛放浓硫酸的仪器名称是___________________________________。

（2）若要证明有水生成，需要在A、B之间加盛有________________的干燥管。

（3）利用装置B可以完成的实验是_________________________________

________________________________________________________________________。

（4）若在E中盛装澄清石灰水，C中盛装酸性高锰酸钾溶液，则D中的试剂是________________________________________________________________________，

其作用是________________