資源簡介

4.1 第2課時　硫酸的制備與性質(zhì)
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解工業(yè)上制備硫酸的基本原理。
2.能從物質(zhì)類別和硫元素化合價的角度認(rèn)識硫酸的性質(zhì),從微觀結(jié)構(gòu)區(qū)分濃硫酸和稀硫酸化學(xué)性質(zhì)的不同,認(rèn)識到量變到質(zhì)變的變化。
3.通過實驗探究濃硫酸的吸水性、脫水性和強氧化性,強化“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”。
【合作探究】
【學(xué)習(xí)情境】
硫酸是當(dāng)今世界上最重要的化工產(chǎn)品之一,被譽為“化學(xué)工業(yè)之母”,工業(yè)上常用硫酸的年產(chǎn)量來衡量一個國家的化工生產(chǎn)能力。硫酸常見用途如圖,在這些用途中體現(xiàn)了硫酸的哪些性質(zhì)
早在1000年以前,我國就用加熱膽礬(CuSO4·5H2O)或綠礬(FeSO4·7H2O)的方法來制硫酸,硫酸又稱為綠礬油。如《黃帝九鼎神丹經(jīng)訣》——“煉石膽取精華法”。當(dāng)前階段,我國是如何制備硫酸的呢
任務(wù)1　了解硫酸的工業(yè)制備
【新知生成】
工業(yè)上接觸法制硫酸的主要設(shè)備及生產(chǎn)流程如下圖:
根據(jù)上圖完成下列填空:
(1)三個設(shè)備的名稱依次為　　　、　　　、　　　　　　　　。
(2)填寫下列各進口或出口物質(zhì)的名稱:
A　　　　(如　　　　);B　　　　;C　　　　;D　　　　。
(3)三個設(shè)備中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)依次是
　 ;
　 ;
　 。
(4)吸收SO3時用　　　　　　　防止　　　　　。
【答案】沸騰爐　接觸室　吸收塔　含硫礦石　硫黃或硫鐵礦(FeS2)　爐渣　二氧化硫、氧氣　尾氣(SO2、O2)　S+O2SO2或4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3　2SO2+O22SO3　SO3+H2OH2SO4　98.3%的濃硫酸　形成酸霧
【核心突破】
典例1　在硫酸的工業(yè)制法中,下列生產(chǎn)操作和說明生產(chǎn)操作的主要原因都正確的是(　　)。
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SO3
D.SO3用98.3%的濃H2SO4吸收,目的是防止形成酸霧,以便使SO3吸收完全
【答案】D
歸納總結(jié)
化學(xué)工業(yè)制備的要求
1.原料廉價且穩(wěn)定,降低運輸成本。
2.保證反應(yīng)物在反應(yīng)中能充分接觸。
3.制備流程簡單高效,能耗低,反應(yīng)放出的熱量盡可能加以循環(huán)利用,生成副產(chǎn)物較少。
4.制備過程綠色、環(huán)保,沒有使用或生成對環(huán)境有害的物質(zhì)。
訓(xùn)練1　工業(yè)上制硫酸的設(shè)備分為三大部分,一是沸騰爐,二是接觸室,三是吸收塔。在沸騰爐內(nèi)二硫化亞鐵與氧氣發(fā)生反應(yīng),生成二氧化硫;在接觸室內(nèi)有催化劑存在下二氧化硫進一步與氧氣化合,生成三氧化硫;三氧化硫流經(jīng)吸收塔時,采用98.3%的濃硫酸吸收,三氧化硫與水化合形成硫酸。為研究吸收三氧化硫應(yīng)選用的物質(zhì),依照工業(yè)上制備硫酸的流程設(shè)計了下面的實驗裝置。
下列有關(guān)敘述不正確的是(　　)。
A.裝置甲的作用僅僅是用于干燥氣體
B.反應(yīng)中要求乙反應(yīng)器內(nèi)氧氣的物質(zhì)的量要比二氧化硫的物質(zhì)的量多一倍左右,該裝置能夠通過現(xiàn)象判斷
C.實驗時丁裝置在反應(yīng)過程中先出現(xiàn)氣泡,不久就出現(xiàn)了白霧,而丙裝置一直都沒有任何現(xiàn)象,說明濃硫酸的吸收效果比水好
D.該實驗裝置存在明顯的缺陷
【答案】A
【解析】裝置甲的作用有:①干燥二氧化硫和氧氣,吸收水分,②使二氧化硫和氧氣充分混合,③通過觀察氣泡,調(diào)節(jié)氣體的流速,A項錯誤;甲裝置中,通過控制通氧氣的導(dǎo)管口產(chǎn)生氣泡的速率大約是通二氧化硫?qū)Ч芸诘?倍,可以保證氣體的體積比,能夠通過現(xiàn)象判斷,B項正確;由實驗現(xiàn)象可說明濃硫酸的吸收效果比水好,C項正確;SO2和SO3都是大氣污染物,必須進行尾氣吸收,D項正確。
任務(wù)2　探究濃硫酸的性質(zhì)
【新知生成】
濃硫酸的三大特性
1.吸水性:濃硫酸能夠吸收　　　　或其他物質(zhì)中的　　　　分子,常被用作　　　　。
2.脫水性:濃硫酸能夠按照原子個數(shù)比　　　　奪取某些有機物中的氫、氧元素形成　
分子。
3.強氧化性
(1)能與絕大多數(shù)金屬發(fā)生反應(yīng),與銅反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　。
(2)常溫下,　　　　、　　　　等少數(shù)金屬遇到濃硫酸會發(fā)生　　　　。
(3)可以與一些非金屬及其化合物反應(yīng),與碳反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　。
【答案】空氣　水　干燥劑　2∶1　水　Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O　鐵　鋁　鈍化
C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O
【核心突破】
典例2　思考并回答下列問題:
(1)下列各組氣體通常狀況下能大量共存,并且既能用濃硫酸干燥,又能用堿石灰干燥的是(　　)。
A.SO2、O2、HBr B.NH3、O2、N2
C.NH3、CO2、HCl D.H2、CH4、O2
(2)將適量的蔗糖放入燒杯中,加少量水拌勻,再加適量濃硫酸,迅速攪拌,放出大量的熱,同時觀察到蔗糖逐漸變黑,體積膨脹,并放出有刺激性氣味的氣體。加入少量水的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　;生成的黑色物質(zhì)是　　　　(寫化學(xué)式);“體積膨脹,并放出有刺激性氣味的氣體(SO2)”,寫出對應(yīng)的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　　　;上述現(xiàn)象體現(xiàn)了濃硫酸的　　　　　　(填序號)。
①酸性　②吸水性?、勖撍浴、軓娧趸?br/>【答案】(1)D　(2)濃硫酸和少量水混合時會放出大量的熱,增大反應(yīng)速率　C　C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O　②③④
歸納總結(jié)
濃硫酸的強氧化性
1.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,自身一般被還原為SO2。但在常溫下,濃硫酸能使鐵、鋁鈍化。
2.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。
訓(xùn)練2　一定量的濃硫酸與足量Zn充分反應(yīng)時,有SO2和H2生成,某化學(xué)興趣小組對此進行探究:按下圖組裝好實驗裝置,微熱試管A,觀察到C、D、E中均有氣泡產(chǎn)生;隨后氣泡量減少,品紅溶液褪色,D中先出現(xiàn)渾濁,后渾濁消失,反應(yīng)一段時間后,C、D、E中的氣泡量又會明顯增加。
請回答下列問題:
(1)裝置A中需用濃硫酸,用兩種簡單的方法確定一瓶試劑是濃硫酸還是稀硫酸:　　　　　　。
(2)從甲、乙中選擇合適的裝置填入B、C中,并進行正確連接,a接　　　　、　　　　接b,c接　　　　　、　　　　接d;D、E兩支試管中CCl4的作用是　　　　　　　　。
(3)能證明濃硫酸具有強氧化性的實驗現(xiàn)象為　　　　　　　　　　;反應(yīng)一段時間后氣泡量又會明顯增加的原因是　　　　　　　　　　。
(4)D中渾濁消失的反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)用火柴梗蘸取少量試劑,若火柴梗立即變黑,則證明是濃硫酸;用滴管吸取少量試劑,滴加在盛有少量水的試管中,若觸摸試管外壁感到發(fā)熱,則證明是濃硫酸(其他合理答案即可)
(2)3或4　4或3　2　1　防倒吸
(3)C中品紅溶液褪色　濃硫酸變成稀硫酸,稀硫酸與Zn反應(yīng)放出H2
(4)SO2+H2O+CaSO3Ca2++2HS
課堂小結(jié)
【隨堂檢測】
1.下列關(guān)于硫酸性質(zhì)的描述中,正確的是(　　)。
A.濃H2SO4具有氧化性,稀H2SO4無氧化性
B.由于濃H2SO4具有脫水性,所以可用作干燥劑
C.稀H2SO4與銅不反應(yīng),但濃H2SO4在加熱條件下可與銅反應(yīng)
D.在加熱的情況下濃硫酸也不與鐵、鋁發(fā)生反應(yīng)
【答案】C
【解析】稀硫酸中H+有氧化性,A項錯誤;濃H2SO4可用作干燥劑是因為其吸水性,B項錯誤;在加熱的情況下濃硫酸與鐵、鋁均發(fā)生氧化還原反應(yīng),D項錯誤。
2.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(如圖),按此密閉體系中氣體的流向,則在A處流出的氣體含有(　　)。
A.SO2 B.SO3、O2 C.SO2、O2 D.SO2、SO3
【答案】C
【解析】A處流出的是已經(jīng)過熱交換器預(yù)熱的原料氣SO2和O2。
3.在下列用途或反應(yīng)中,硫酸表現(xiàn)出的性質(zhì)為A.高沸點(難揮發(fā)性);B.酸性;C.吸水性;D.脫水性;E.強氧化性。請用合適性質(zhì)的字母填空。
(1)干燥二氧化硫:　　　　。
(2)濃硫酸溶解銅:　　　　。
(3)濃硫酸可用鋼瓶貯運:　　　　。
(4)濃硫酸可使?jié)駶櫟乃{(lán)色石蕊試紙先變紅,后變黑:　　　　。
(5)濃硫酸露置在空氣中質(zhì)量增加:　　　　。
(6)濃硫酸與碳共熱:　　　　。
【答案】(1)C　(2)BE　(3)E　(4)BD　(5)C　(6)E
4.將足量的銅片與100mL 18mol·L-1濃硫酸加熱充分反應(yīng),收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的SO2氣體VL,下列對此反應(yīng)的有關(guān)說法中錯誤的是(　　)。
A.該反應(yīng)體現(xiàn)了濃硫酸的酸性和強氧化性
B.反應(yīng)結(jié)束后銅有剩余,H2SO4完全反應(yīng)
C.被還原的硫酸為mol
D.參加反應(yīng)的Cu小于0.9mol
【答案】B
【解析】濃硫酸可以和銅發(fā)生氧化還原反應(yīng),而稀硫酸與銅不能發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)濃硫酸變?yōu)橄×蛩釙r反應(yīng)停止。反應(yīng)過程中濃硫酸逐漸變稀,因此反應(yīng)結(jié)束后銅和稀硫酸均有剩余;則參加反應(yīng)的n(Cu)<0.1L×18mol·L-1×=0.9mol;被還原的硫酸應(yīng)依據(jù)生成的SO2來算,可得被還原的硫酸的物質(zhì)的量n(H2SO4)=n(SO2)==mol。
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