4.1.2 硫酸的工業(yè)制備　濃硫酸的性質(zhì)-學(xué)案2023-2024學(xué)年高一上學(xué)期化學(xué)蘇教版（2019）必修第一冊

新蘇教版高中化學(xué)必修1PAGEPAGE1第二課時硫酸的工業(yè)制備濃硫酸的性質(zhì)【課程標(biāo)準(zhǔn)要求】1.知道接觸法制硫酸的化學(xué)原理。2.記住濃H2SO4吸水性、脫水性的區(qū)別及應(yīng)用。3.能理解濃H2SO4具有強氧化性的原因。4.認(rèn)識化學(xué)工業(yè)與人類生活、社會發(fā)展的關(guān)系，能辨證地分析化學(xué)品的影響。一、硫酸的工業(yè)制備1.工業(yè)上接觸法制硫酸的主要設(shè)備及生產(chǎn)流程：各進(jìn)口或出口物質(zhì)的名稱：A.含硫礦石(如FeS2)；B.爐渣；C.SO2、氧氣、氮氣；D.尾氣SO2、O2、N2。2.接觸法制硫酸“三個階段”：步驟原料設(shè)備反應(yīng)原理造氣S或FeS2沸騰爐S＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))SO2或4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高溫))8SO2＋2Fe2O3接觸氧化O2接觸室2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3SO3吸收98.3%濃硫酸吸收塔SO3＋H2O=H2SO4【微自測】1.判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)在接觸法制硫酸中，礦石粉碎的目的是為了增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)更充分(√)(2)在吸收塔內(nèi)，是用濃硫酸吸收SO3而不是用水，目的是為了防止形成酸霧，腐蝕設(shè)備(√)(3)SO2氧化為SO3時需要使用催化劑，可以使SO2全部轉(zhuǎn)化為SO3(×)(4)從沸騰爐出來的SO2氣體直接進(jìn)入接觸室，無需除雜(×)二、硫酸的性質(zhì)和用途1.稀H2SO4的化學(xué)性質(zhì)具有酸的通性(完成下列離子方程式)(1)使紫色石蕊試液變紅。(2)與活潑金屬反應(yīng)(如Zn)：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。(3)與堿性氧化物反應(yīng)(如CuO)：CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2O。(4)與堿反應(yīng)(如NaOH)：OH-＋H＋=H2O。(5)與某些鹽反應(yīng)(如BaCl2)：Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓。2.濃硫酸的物理性質(zhì)實驗室常用的濃H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?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。3.濃硫酸的特性(1)吸水性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。常用作干燥劑，如常用盛有濃硫酸的洗氣瓶干燥某些氣體(如H2、Cl2、SO2等)。(2)脫水性濃硫酸能按水的組成比，奪取某些有機物中的氫、氧元素形成水分子。蔗糖和濃硫酸的實驗說明濃硫酸具有脫水性。(3)強氧化性①與金屬銅的反應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。在該反應(yīng)中，氧化劑為H2SO4，還原劑為Cu，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶1。濃硫酸在反應(yīng)中既體現(xiàn)出強氧化性又體現(xiàn)出酸性。②與非金屬的反應(yīng)濃硫酸不僅能與金屬反應(yīng)，還能與部分非金屬單質(zhì)如碳等反應(yīng)，方程式為：C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，濃硫酸在反應(yīng)中只體現(xiàn)出強氧化性。③在常溫下，鐵、鋁等金屬在濃硫酸中可發(fā)生鈍化，即金屬的表面上會生成一層致密的氧化物薄膜，從而阻止酸與內(nèi)層金屬的進(jìn)一步反應(yīng)。4.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?！疚⒆詼y】2.判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)常溫下，濃硫酸能使某些活潑金屬“鈍化”，鈍化是物理變化(×)(2)硫酸銅晶體滴加濃硫酸后變白色，說明濃硫酸有脫水性(×)(3)濃硫酸具有吸水性，所以濃硫酸可以干燥H2、CO、NH3、H2S、HI、HBr等氣體(×)(4)將濃硫酸滴到濕的蔗糖表面，固體變黑膨脹并有刺激性氣味氣體生成，說明濃硫酸有脫水性、吸水性和強氧化性(√)一、硫酸的工業(yè)制備1.接觸法制硫酸生產(chǎn)流程及主要設(shè)備在吸收塔中，用98.3%的濃硫酸吸收SO3的目的是因為SO3與水反應(yīng)產(chǎn)生大量酸霧，形成酸霧既不利于SO3的吸收，同時又腐蝕設(shè)備用98.3%的濃H2SO4吸收SO3，形成發(fā)煙硫酸，再用水稀釋，效果更好。2.工業(yè)制硫酸中提高硫酸產(chǎn)率的措施(1)適當(dāng)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。在沸騰爐中，將礦石從上部投入，空氣從下面充入，粉碎硫鐵礦，吸收塔中填充瓷環(huán)，采取逆流方式吸收SO3都是為了增大接觸面積(增大反應(yīng)速率)。(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(jìn)行第二次氧化、再吸收。3.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，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(dāng)吸收液中NH4HSO3達(dá)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。1.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(jìn)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答案C解析從吸收塔上部導(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。2.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.SO2 B.SO3、O2C.SO2、O2 D.SO3、SO2答案C解析干燥的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(jìn)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(jìn)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)[實驗1]實驗裝置實驗現(xiàn)象蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀的炭，品紅溶液褪色。[實驗2]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1]的各種產(chǎn)物。1.②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？提示：因為②是驗證水蒸氣的裝置，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(lán)，或變色硅膠遇水由藍(lán)色變?yōu)榉奂t色。確定②位置的理由是①③都是水溶液。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？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(jìn)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(rèn)氣流中SO2已被B瓶溶液全部吸收。3.③中所盛溶液是什么？可驗證哪一種產(chǎn)物？提示：由于從①中C瓶出來的氣流中已確認(rèn)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。1.濃硫酸吸水性和脫水性的區(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。如濃硫酸吸收CuSO4·5H2O晶體中的結(jié)晶水。(2)脫水性：物質(zhì)中本來沒有水分子，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。(3)脫水性與吸水性的根本區(qū)別在于物質(zhì)本身是否存在水分子。2.濃硫酸強氧化性的體現(xiàn)濃硫酸具有強氧化性，主要是構(gòu)成酸根的中心原子eq\o(S,\s\up6(＋6))易獲得電子，顯示出與稀硫酸(H＋獲得電子)不同的強氧化性。(1)與金屬的反應(yīng)②較不活潑金屬：金屬＋濃硫酸eq\o(→,\s\up7(△))高價態(tài)硫酸鹽＋SO2↑＋H2O(體現(xiàn)強氧化性和酸性)(2)與非金屬反應(yīng)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。注意：沒有“加熱”條件，較不活潑金屬，非金屬不能與濃硫酸反應(yīng)；變稀硫酸“加熱”也不能反應(yīng)。(3)與還原性物質(zhì)反應(yīng)濃硫酸具有強氧化性，能將還原性物質(zhì)(如H2S、HI)氧化，如：H2S＋H2SO4(濃)=S↓＋SO2↑＋2H2O。3.下列關(guān)于濃硫酸的敘述正確的是()A.濃硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化B.藍(lán)色膽礬晶體滴加濃硫酸時變?yōu)榘咨腆wC.濃硫酸是一種干燥劑，能夠干燥氨氣、氫氣等氣體D.濃硫酸與銅片共熱的反應(yīng)中，濃硫酸只表現(xiàn)強氧化性答案B解析濃硫酸具有脫水性，使蔗糖中氫、氧元素以水的形式脫出，而使蔗糖炭化變黑，與吸水性無關(guān)，A錯誤；濃硫酸具有吸水性，能吸收膽礬晶體中的結(jié)晶水，可以使藍(lán)色的膽礬晶體失水變?yōu)榘咨w，B正確；濃硫酸是一種酸，能和氨氣反應(yīng)，故不能干燥氨氣，C錯誤；濃硫酸與銅片共熱的反應(yīng)中，濃硫酸既表現(xiàn)出強氧化性，又表現(xiàn)出酸性，D錯誤。4.(2021·江蘇蘇州高一期末)下列制取SO2、驗證其漂白性、收集SO2，并制備CuSO4·5H2O晶體的裝置和原理能達(dá)到實驗?zāi)康牡氖?)A.圖1：制取SO2B.圖2：驗證SO2漂白性C.圖3：收集SO2D.圖4：蒸干溶液制備CuSO4·5H2O晶體答案B解析常溫下，銅與濃硫酸不反應(yīng)，加熱條件下才能反應(yīng)產(chǎn)生SO2氣體，A錯誤；SO2能夠與品紅化合成無色物質(zhì)，溶液褪色，圖中導(dǎo)氣管“長進(jìn)短出”，可以實現(xiàn)目的，B正確；SO2易溶于水，部分能夠與水反應(yīng)，不能用排水法收集，可以用排飽和亞硫酸氫鈉溶液或用向上排空氣法收集，C錯誤；硫酸銅的溶解度隨著溫度的降低而降低，從硫酸銅溶液中獲取硫酸銅晶體，可以采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等操作得到，蒸干溶液CuSO4·5H2O分解得不到硫酸銅晶體，D錯誤。故選B。5.濃硫酸在實現(xiàn)下列物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程中，既表現(xiàn)出氧化性，又表現(xiàn)出酸性的是()①Cu→CuSO4②C→CO2③FeO→Fe2(SO4)3④Fe2O3→Fe2(SO4)3A.①③ B.②④C.①④ D.②③答案A解析①正確，濃硫酸表現(xiàn)出強氧化性，將Cu氧化為Cu2＋，自身還原為SO2，同時生成了鹽(CuSO4)，體現(xiàn)了濃硫酸的酸性；②只體現(xiàn)了濃硫酸的強氧化性；③既體現(xiàn)了濃硫酸的強氧化性，將Fe2＋氧化為Fe3＋，同時又生成了鹽[Fe2(SO4)3]，體現(xiàn)了濃硫酸的酸性；④只體現(xiàn)了濃硫酸的酸性。1.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(biāo)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答案C解析Cu與稀硫酸不反應(yīng)，與濃硫酸反應(yīng)需要加熱，A不符合題意；與石蕊溶液反應(yīng)，溶液都變紅色，現(xiàn)象不明顯，B不符合題意；用玻璃棒各蘸少許涂在紙上，變黑的為濃硫酸，可鑒別，既簡單又安全，C符合題意；加入鋅片都生成氣體，分別為SO2、H2,D不符合題意。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吸收完全答案D解析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.向50mL18mol·L-1的H2SO4溶液中加入足量的銅片并加熱，充分反應(yīng)后，被還原的H2SO4的物質(zhì)的量()A.小于0.45molB.等于0.45molC.在0.45mol和0.90mol之間D.大于0.90mol答案A解析Cu與稀硫酸不反應(yīng)，在加熱條件下銅和濃硫酸能發(fā)生反應(yīng)。由反應(yīng)Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O可知，參加反應(yīng)的H2SO4有一半被還原，在Cu與濃硫酸的反應(yīng)過程中，濃硫酸的濃度逐漸降低，變成稀硫酸時反應(yīng)將停止，所以0.9molH2SO4與足量銅片反應(yīng)時，被還原的H2SO4的物質(zhì)的量小于0.45mol。4.(2022·江蘇徐州高一期末)SO3可溶于濃硫酸生成H2SO4·SO3，繼續(xù)與水反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2SO4，下列有關(guān)硫酸的說法正確的是()A.濃硫酸具有吸水性，可用于干燥SO3B.濃硫酸與鐵不反應(yīng)，可用鐵罐儲運濃硫酸C.常溫下，可用濃硫酸與Cu反應(yīng)制備SO2D.將1molH2SO4·SO3全部轉(zhuǎn)化為H2SO4需消耗1molH2O答案D解析濃硫酸具有很強的吸水性，但能與SO3反應(yīng)生成H2SO4·SO3，不可用于干燥SO3,A錯誤；常溫下金屬Fe與濃硫酸發(fā)生鈍化反應(yīng)，會在金屬表面形成致密的氧化膜，阻止反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)生，可用鐵罐來進(jìn)行貯存、運輸冷的濃硫酸，B錯誤；常溫下，銅和濃硫酸不反應(yīng)，加熱條件下可用濃硫酸與Cu反應(yīng)制備SO2,C錯誤；將1molH2SO4·SO3全部轉(zhuǎn)化為H2SO4需消耗1molH2O得到2molH2SO4,D正確。5.某小組同學(xué)用如圖所示裝置進(jìn)行銅與濃硫酸的反應(yīng)，并探究產(chǎn)物的性質(zhì)(夾持裝置已略去)。(1)試管①中反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________________________；用“可抽動銅絲”代替“直接投入銅片”的優(yōu)點是________________________。(2)若試管②中的試劑為品紅溶液，實驗中觀察到的現(xiàn)象是______________