新蘇教版高中化學必修1PAGEPAGE1第2課時硫酸的工業制備和性質[核心素養發展目標]1.了解工業上制備硫酸的基本原理和濃硫酸的特性及應用。2.從微觀結構區分濃硫酸和稀硫酸化學性質的不同，認識從量變到質變的變化。3.認識科學探究的意義，樹立科學應用化學物質促進社會可持續發展的科學發展觀，培養學生的科學精神和社會責任。一、硫酸的工業制備1．硫酸的制備流程早在1000多年前，我國就已采用加熱膽礬(CuSO4·5H2O)或綠礬(FeSO4·7H2O)的方法來制取硫酸。目前工業制備硫酸主要采用接觸法，以硫鐵礦或硫黃為原料制備硫酸。接觸法制硫酸的主要設備和流程如圖：根據上圖回答下列問題：(1)填寫下列各進口或出口物質的名稱：A：硫鐵礦(或硫黃)；B：爐渣；C：二氧化硫、氧氣；D：尾氣(SO2、O2)。(2)接觸法制硫酸分為三個階段，填寫下表：階段設備原料反應的化學方程式①SO2沸騰爐硫鐵礦或硫黃4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe2O3＋8SO2或S＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))SO2②SO3接觸室凈化后的SO2、空氣2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3③H2SO4吸收塔SO3、98.3%的濃H2SO4SO3＋H2O=H2SO42.化學工業制備的要求(1)原料廉價且穩定，最好能結合本地地理環境的優勢資源，以降低運輸成本。(2)從環保、成本等角度選擇合適的化學反應，設計合理的反應裝置，對原料進行粉碎等預處理，使得原料盡可能地被富集，保證在反應中能充分接觸。(3)制備流程簡單高效，能耗低，反應放出的熱量和剩余物質盡可能加以循環利用，生成的副產物較少。(4)制備過程綠色環保，沒有使用或生成對環境有害的物質，若有，須對有害物質進行無害化處理。(1)接觸法制硫酸時，把硫鐵礦投入沸騰爐前粉碎，是為了使其與O2充分接觸，使反應加快()(2)為了防止催化劑中毒，從沸騰爐中出來的氣體進入接觸室前需先凈化()(3)為了使SO3被濃硫酸充分吸收，吸收塔中濃硫酸采用從上向下噴()(4)接觸室中安裝熱交換器，可以使反應過程中放出的熱量得到充分利用()(5)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3，反應中體現了SO2的還原性()答案(1)√(2)√(3)√(4)√(5)√1．吸收塔中為什么不用水吸收三氧化硫？提示防止SO3溶于水時反應放出大量熱導致酸霧，降低吸收效率。2．如何將濃硫酸稀釋成稀硫酸？提示硫酸與水以任意比互溶，因為濃硫酸溶解時會放出大量的熱，則濃硫酸的稀釋方法是將濃硫酸沿燒杯內壁緩緩倒入水中，并用玻璃棒不斷攪拌。在硫酸工業生產中，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。下列說法不正確的是()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%的濃硫酸，瓷環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答案C解析三氧化硫的吸收通常使用98.3%的濃硫酸，不用水或稀硫酸，原因是水或稀硫酸吸收三氧化硫時容易形成酸霧，吸收效率低，不利于三氧化硫的吸收；氣體的吸收常采用逆流原理，這樣有利于氣、液的充分接觸，吸收效果好；從吸收塔上部導出的氣體是N2、沒有起反應的O2和少量SO2，直接排入大氣會污染環境，所以應用吸收劑吸收或循環使用。硫酸工業制備中的注意事項(1)工業生產硫酸中，接觸室發生催化氧化時的催化劑通常用V2O5。(2)接觸法制硫酸中，SO2轉化為SO3時，一般采用常壓，這是因為常壓條件下反應時SO3的產率一般在90%以上，沒有加壓的必要，如果加壓，會使生產成本提高。通常通入適當過量的空氣以提高SO2的利用率。(3)逆流接觸的吸收方法：吸收塔中采用噴淋式逆流接觸，當吸收劑和SO3逆流接觸時，可以使SO3充分吸收，提高吸收效率。二、濃硫酸的性質1．濃硫酸的物理性質(1)純凈的硫酸是無色、黏稠、難揮發的油狀液體。(2)實驗室常用的濃硫酸質量分數為98.3%，密度為1.84g·cm－3，比水大，且濃度越高密度越大。沸點高，難揮發，常溫下比較穩定。2．濃硫酸的特性(1)實驗探究實驗操作實驗現象實驗結論藍色晶體變成白色粉末濃硫酸具有吸水性①蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀的炭；②品紅溶液褪色濃硫酸具有脫水性、強氧化性①銅片慢慢溶解；②銅片表面有氣泡產生；③品紅溶液逐漸變為無色；④把反應試管里的溶液慢慢倒入水中，溶液變為藍色濃硫酸具有強氧化性，能與Cu反應，化學方程式：Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(2)濃硫酸的特性①吸水性濃H2SO4能吸收空氣或其他物質中的水分，常被用作干燥劑，但是不能干燥與濃H2SO4反應的氣體，如NH3、H2S等。②脫水性濃H2SO4能按照水的組成比，奪取某些有機物中的氫、氧元素形成水分子，可使蔗糖、纖維素等物質脫水。③強氧化性濃H2SO4能與絕大多數金屬和某些非金屬發生反應，加熱時表現出更強的氧化性。常溫下，鐵、鋁遇濃H2SO4發生鈍化，因此可用鋼罐、鋁車運輸濃H2SO4。寫出Cu與濃H2SO4、C與濃H2SO4反應的化學方程式，并標出雙線橋。、。3．濃硫酸和硫酸鹽的應用(1)濃硫酸在生產、生活和科學研究中有著廣泛的應用。化肥、醫藥、農藥的生產，金屬礦石的處理，金屬材料的表面清洗等都要用到硫酸。(2)硫酸鹽和硫酸鹽礦物也是化工生產、藥物和顏料制備中的重要原料。(3)幾種重要的硫酸鹽①生石膏：CaSO4·2H2O、熟石膏：2CaSO4·H2O，用于石膏繃帶、水泥生產。②硫酸鋇，天然的硫酸鋇稱為重晶石。BaSO4用于鋇餐、油漆、油墨、造紙等。③硫酸亞鐵，生產防治缺鐵性貧血的藥劑，工業上生產鐵系凈水劑和顏料氧化鐵紅的原料。(1)濃硫酸可以作干燥劑，用來干燥所有氣體()(2)濃硫酸使藍色硫酸銅晶體變白，體現了吸水性，發生了物理變化()(3)可以用硫酸清洗鍋爐中的水垢()(4)濃硫酸具有強氧化性，所以濃硫酸不可用于干燥SO2和CO()(5)用BaCl2溶液鑒別SOeq\o\al(2－,4)和SOeq\o\al(2－,3)()(6)銅片溶于熱的濃硫酸，體現了濃硫酸的酸性和強氧化性()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√1．(2022·全國高一課時練習)下面表格中的實驗操作、實驗現象和結論均正確且相符的是()選項實驗操作實驗現象結論A將濃硫酸滴到蔗糖表面固體變黑膨脹濃硫酸有脫水性B向某溶液中滴加BaCl2溶液產生白色沉淀溶液中含有SOeq\o\al(2－,4)C將濃硫酸和銅加熱，冷卻后用水稀釋產生有刺激性氣味的氣體，溶液呈藍色濃硫酸既表現氧化性，又表現酸性D將足量鋅和濃硫酸共熱，將氣體通入品紅溶液產生有刺激性氣味的氣體，品紅溶液褪色產生的氣體只有SO2答案C解析將濃硫酸滴到蔗糖表面，固體變黑體現了濃硫酸的脫水性，同時固體膨脹，說明濃硫酸具有強氧化性，A錯誤；向某溶液中滴加BaCl2溶液，產生白色沉淀，該白色沉淀可能是AgCl，也可能是BaSO4或BaCO3等，因此不能說明該溶液中含有SOeq\o\al(2－,4)，B錯誤；將濃硫酸和銅加熱，產生有刺激性氣味的氣體，該氣體為SO2，冷卻后溶液用水稀釋，看到溶液變為藍色，說明有CuSO4產生，該實驗說明濃硫酸既表現氧化性，又表現酸性，C正確；將足量鋅和濃硫酸共熱，將氣體通入品紅溶液，品紅溶液褪色，說明反應產生SO2，發生的反應為Zn＋2H2SO4(濃)=ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，隨著反應的進行硫酸濃度逐漸減小，發生的反應為Zn＋H2SO4(稀)=ZnSO4＋H2↑，因此產生的氣體中既含有SO2，又含有H2，D錯誤。2．(2022·江西上饒中學高一階段練習)將一定量的鋅與100mL18.5mol·L－1濃硫酸充分反應后，鋅完全溶解，同時生成氣體A33.6L(標準狀況)。將反應后的溶液稀釋至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．反應中共消耗Zn97.5gC．氣體A中SO2和H2的體積比為4∶1D．反應中共轉移3mol電子答案C解析濃硫酸與鋅反應生成二氧化硫氣體，隨著反應的進行，硫酸的濃度逐漸降低，繼續與鋅反應生成氫氣，所以33.6L氣體A為二氧化硫和氫氣的混合物，A正確；生成氣體的物質的量為eq\f(33.6L,22.4L·mol－1)＝1.5mol，反應后的溶液稀釋至1L，測得溶液中c(H＋)＝0.1mol·L－1，所以溶液剩余硫酸的物質的量為0.05mol，參加反應的n(H2SO4)＝0.1L×18.5mol·L－1－0.05mol＝1.8mol，隨著反應的進行，硫酸的濃度逐漸減小，設反應生成xmolSO2，ymolH2，則Zn＋2H2SO4(濃)=ZnSO4＋SO2↑＋2H2Ox2xxZn＋H2SO4(稀)=ZnSO4＋H2↑yyy則有：x＋y＝1.5,2x＋y＝1.8，解得x＝0.3，y＝1.2，所以反應會生成0.3mol二氧化硫和1.2mol氫氣，則反應中共消耗金屬Zn的質量m(Zn)＝(0.3mol＋1.2mol)×65g·mol－1＝97.5g，V(SO2)∶V(H2)＝1∶4，B正確、C錯誤；在反應Zn＋2H2SO4(濃)=ZnSO4＋SO2↑＋2H2O中，生成0.3mol二氧化硫轉移電子0.6mol，在反應Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑中，生成1.2mol氫氣轉移電子2.4mol，所以反應中共轉移3mol電子，D正確。濃硫酸與金屬反應的規律(1)濃硫酸與金屬反應時，既表現酸性又表現強氧化性，而與非金屬反應時，只表現強氧化性。(2)濃硫酸與不活潑金屬(如銅)反應時，隨著反應的進行，濃硫酸濃度變小，一旦變為稀硫酸，就不再反應。(3)濃硫酸與活潑金屬(如鋅)反應時，開始濃硫酸表現強氧化性，產生二氧化硫氣體；當濃硫酸變為稀硫酸時，則產生的氣體為氫氣。1．向濃鹽酸中加入濃硫酸會產生大量白霧，下列關于原因的分析正確的是()①濃硫酸具有脫水性②濃硫酸具有吸水性③濃硫酸具有強氧化性④鹽酸具有揮發性⑤鹽酸具有還原性⑥氣態物質的溶解度隨溫度的升高而降低A．①③⑥ B．②④⑥C．③⑤⑥ D．②③④⑤答案B解析向濃鹽酸中加入濃硫酸會有白霧產生，說明加入的濃硫酸吸水放熱，導致溶液溫度升高，加快了HCl的揮發，因此該實驗現象表明濃硫酸具有吸水性，鹽酸具有揮發性，且氣態物質的溶解度與溫度有關，該實驗現象與濃硫酸的脫水性、氧化性及鹽酸的還原性無關。2．濃硫酸與下列物質作用時，只表現強氧化性的是()A．藍色硫酸銅晶體 B．木材炭化C．紅熱的木炭 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為白色粉末；濃硫酸使木材炭化表現的是脫水性；濃硫酸與紅熱的木炭反應生成二氧化碳、二氧化硫和水，濃硫酸只表現強氧化性；濃硫酸與氧化鋁反應表現的是酸性。3．硫酸銅是制備其他銅的化合物的重要原料。同石灰乳混合可得波爾多液，用作殺菌劑。某實驗小組在實驗室制備硫酸銅，在試管中放入一塊銅片，注入一定體積的濃硫酸，給試管加熱，使之反應。(1)若銅片還有剩余，硫酸__________(填“已”或“沒有”)消耗完畢。其理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。設計一個實驗證明你的結論，寫出你所設計實驗的反應原理：____________________________________________________________________________________(用化學方程式表示)。(2)欲觀察生成的CuSO4溶液的顏色，應采取的操作是____________________