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    苏教版高中化学必修第一册专题4硫与环境保护第一单元第二课时硫酸的工业制备浓硫酸的性质学案

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    高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第一单元 含硫化合物的性质第二课时学案

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    这是一份高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第一单元 含硫化合物的性质第二课时学案,共12页。
    二课时 硫酸的工业制备 浓硫酸的性质1.了解硫酸的工业制法培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。2.能根据硫酸的性质设计简单的实验方案完成操作观察现象并对实验现象作出解释培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。                                          1.流程与设备2.三个步骤、原料、设备和反应原理三步骤三原料三设备三反应原理 造气S或FeS2沸腾炉 S+O2SO2或4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3接触氧化空气接触室2SO2+O22SO3SO3吸收98.3%浓硫酸吸收塔SO3+H2O===H2SO4[问题探讨]1.如何选择工业制硫酸的方法?提示:一方面:从原料的来源、反应条件、反应过程等考虑。从硫元素化合价变化、物质类别两个角度分析物质转变流程:FeS2(S)→SO2SO3H2SO4一般的燃烧条件不足以使FeS2或硫生成SO3需要催化剂、450 ℃左右才能使SO2转化为SO3。另一方面:还需要考虑当地资源、工艺流程与设备、原料利用率、能源消耗、环境保护、污染防治等综合经济效益。如:硫黄制硫酸与硫铁矿制硫酸进行对比,工艺流程、设备相对简易,炉气杂质少,不产生矿渣,但硫黄原料价格高于硫铁矿。具体选用何种方案还应根据当地实际条件和要求决定。2为什么叫沸腾炉?从沸腾炉出来的二氧化硫气体为什么需除尘、净化?提示:硫铁矿被从炉底通入的空气吹得像沸腾了的液体一样所以叫沸腾炉。从沸腾炉出来的二氧化硫混有杂质直接通入接触室中会使接触室中的催化剂“中毒”混有的水蒸气对生产和设备有不良影响,因此炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。3接触室中的热交换器起什么作用?提示:接触室中二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应过程放热同时该反应又需要在450 ℃左右进行故热交换器能将该反应放出的热量用来预热未反应的二氧化硫与氧气的混合气体同时冷却生成的三氧化硫降低能耗。4为什么要用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫而不用水?浓硫酸为什么从塔顶喷下?提示:防止三氧化硫溶于水或稀硫酸时反应放出大量,形成酸雾,降低吸收效率。浓硫酸从塔顶喷下,目的是增大三氧化硫与吸收剂浓硫酸的接触面积,提高吸收效率。[名师点拨]1.工业制硫酸中为了提高硫酸的产率采取的措施(1)适当增加反应物浓度。燃烧硫铁矿时通入过量的廉价空气使之充分燃烧。(2)增大接触面积。粉碎硫铁矿吸收塔中填充瓷环采取逆流方式。(3)使用催化剂。接触室中用V2O5作催化剂加快反应速率。(4)循环利用反应物。吸收塔上部导出的气体再次通入接触室,进行第二次氧化、再吸收。2工业制硫酸中的“三废”处理(1)废气:尾气中主要含有N2、O2、SO2、SO3直接排放会污染大气。常见的处理方法有碱液吸收法等。用氨水吸收:SO2+2NH3·H2O===(NH4)2SO3+H2O、SO2+NH3·H2O===NH4HSO3当吸收液中NH4HSO3达一定浓度后再与浓硫酸反应放SO2气体生成硫酸铵:2NH4HSO3+H2SO4===(NH4)2SO4+2H2O+2SO2。(NH4)2SO4作肥料SO2重新通入接触室被氧化循环利用。(2)废液:呈酸性用石灰乳处理污水。(3)废渣:含Fe2O3可用作炼铁原料或用作制水泥、制砖的原料等。3化学工业制备的要求(1)原料廉价且稳定最好能结合本地地理环境的优势资源以降低运输成本。(2)从环保、成本等角度选择合适的化学反应设计合理的反应装置对原料进行粉碎等预处理使得原料尽可能地被富集保证在反应中能充分接触。(3)制备流程简单高效能耗低反应放出的热量和剩余物尽可能加以循环利用生成的副产物较少。(4)制备过程绿色环保没有使用或生成对环境有害的物质若有须对有害物质进行无害化处理。1.下列关于工业制硫酸的说法不正确的是(  )A.硫燃烧生成SO3B.SO3与水反应生成H2SO4C.SO2被氧化为SO3需要使用催化剂D.主要设备是沸腾炉、接触室、吸收塔解析:选A 硫燃烧生成SO2故A错误。2.在硫酸的工业制法中下列生产操作和主要原因均正确的是(  )A.硫铁矿燃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需净化因为炉气中的SO2会与杂质反应C.SO2氧化成SO3,SO2能全部转化为SO3D.SO3用98.3%的浓硫酸吸收,目的是防止形成酸雾,以便使SO3吸收完全解析:选D 硫铁矿燃烧前要粉碎目的是增大接触面积使矿石燃烧更充分A错误;从沸腾炉中出来的气体含有杂质会造成催化剂中毒使催化剂失去催化作用B错误;SO2氧化成SO3的反应是可逆反应SO2不能全部转化为SO3C错误;D正确。3.在硫酸工业生产中,SO3的吸收过程是在吸收塔(如右图)中进行的收塔里还装入了大量瓷环。下列有关说法不正确的是(  )A.从①处通入SO3整个吸收操作采取逆流的形式B.从②处喷下98.3%的硫酸瓷环的作用是增大接触面积C.从③处导出的气体只含有少量SO2可直接排入大气D.从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的硫酸解析:选C 从吸收塔上部导出的气体有N2、未参与反应的O2和少量SO2直接排入大气会污染环境所以应用吸收剂吸收或循环使用故C错误。4.在工业生产硫酸的过程中为了有利于SO2的转化且能够充分利用热能采用了中间有热交换器的接触室如图所示。按此密闭体系中气体的流向在A处流出的气体为(  )A.SO2   B.SO3、O2C.SO2、O2   D.SO3、SO2解析:选C 干燥的SO2与O2发生化学反应的有利条件是催化剂和约450 ℃的温度。在通常状况下SO2与O2不发生反应,即使在加热的条件下也基本上不发生反应。从热交换器(或接触室)左侧进入的是SO2与O2的混合气体在热交换器内只是被加热升高温度没有与催化剂接触基本上没有SO3生成。从热交换器内出来的热SO2与O2的混合气体进入接触室内的催化剂区域后发生可逆反应生成SO3   实验  序号实验操作实验现象实验1蓝色晶体变成色粉末实验2     蔗糖逐渐变体积膨胀形成疏松多孔的海绵状的炭     品红溶液褪色实验3铜片慢慢溶解铜片表面有气泡生成品红溶液逐渐变为把反应试管里的溶液慢慢倒入水中溶液变为  [问题探讨]某实验小组试用下图所列各装置设计一个实验来验证实验2的各种产物。 编号装置 1装置的连接顺序(按产物气流从左至右的方向)是怎样的?提示:实验的目的是要将三种气态产物一一验证出来。由题中所给的各种装置可知:④是反应发生器;①中有品红溶液可用来验证SO2;③中装有某种水溶液显然可用来验证CO2;②是反应管可验证水蒸气。由于①③中装的都是水溶液气流经过后一定会带出水蒸气所以必须先用②验证产物中的水蒸气然后再验证SO2和CO2不然就不能验证水蒸气一定是反应产物;由于SO2和CO2都能与石灰水反应使澄清石灰水变浑浊因此从②出来的气体必须先经过①验证和除去SO2后再进入③验证CO2由此可以得出正确的连接顺序应当是④②①③。2.实验时可观察到①中A瓶的溶液褪色,C瓶的溶液不褪色。A、B、C三瓶溶液的作用分别是什么?提示:A瓶中品红溶液褪色可证明产物中有SO2C瓶溶液不褪色说明进入C瓶的气体中已没有SO2从而推断出B瓶溶液的作用是氧化吸收从A瓶出来的气体中的SO2因而C瓶溶液的作用是确认气流中SO2已被B瓶溶液全部吸收。3.中所加固体药品是什么?可验证的产物是什么?确定②在整套装置中位置的理由是什么?提示:因为②是验证水蒸气的所以其中固体药品必是可与水结合而且有可观察到明显现象变化的物质学中熟悉的是白色无水硫酸铜遇水变蓝,或变色硅胶遇水由蓝色变为粉红色。确定位置的理由如1中所述。 4.中所盛溶液是什么?可验证哪一种产物?提示:由于从①中C瓶出来的气流中已确认没有SO2因此③中所盛溶液必定是澄清石灰水用来验证气流中的CO21.浓硫酸的性质(1)物理性质实验室常用的浓H2SO4质量分数为98.3%为无色油状液体,密度大(1.84 g·cm-3)沸点高难挥发易溶于水溶于水时放出大量的热所以稀释浓H2SO4应将浓H2SO4沿器壁慢慢注入水中并不断搅拌。(2)浓硫酸的特性吸水性浓硫酸能吸收物质中游离的水可以是物理变化也可以是化学变化。常用作气体干燥剂如干燥O2、H2、SO2、CO2、HCl、Cl2但不能干燥NH3、H2S、HI等。需密封保存脱水将有机物中的H、O以原子数2∶1的比例脱去如使蔗糖变黑。因此浓硫酸对皮肤、衣物有很强的腐蚀性如果不慎在皮肤、衣服上沾上浓硫酸应立即用大量水冲洗然后涂上稀的NaHCO3溶液强氧化性①常温下铁、铝遇浓硫酸钝化与Cu反应:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2+2H2O与C反应:C+2H2SO4(浓)CO2+2SO2+2H2O 2浓硫酸强氧化性的几种体现反应物变化或反应表现性质铁、铝常温下铁、铝遇到浓硫酸时发生钝化强氧化性锌等其他活泼金属加热时反应生成硫酸盐和SO2强氧化性和酸性与浓硫酸反应时开始产生SO2后来产生H2较不活泼金属(如铜、银等)金属+浓硫酸高价态硫酸盐+SO2+H2O碳、硫、磷等非金属非金属单质+浓硫酸高价态氧化物或含氧酸+SO2+H2O强氧化性还原性物质能将还原性物质(如H2S、HI)氧化如:H2S+H2SO4(浓)===S↓+SO2+2H2O3硫酸的用途(1)浓硫酸在生产、生活和科学研究中有着广泛的应用。化肥、医药、农药的生产金属矿石的处理金属材料的表面清洗等都要用到硫酸。(2)制备硫酸盐等。(3)几种重要的硫酸盐 物质存在形式主要用途硫酸钙()石膏CaSO4· 2H2O熟石膏2CaSO4· H2O 制模型、医疗石膏绷带调节水泥的凝结时间等硫酸钡重晶石BaSO4钡餐、白色颜料、作高档油漆、油墨、造纸、塑料、橡胶的原料及填充剂硫酸亚铁绿矾FeSO4· 7H2O作补血剂、制净水剂和颜料铁红的原料 [名师点拨]1.浓硫酸吸水性、脱水性的区别(1)吸水性:浓硫酸能吸收物质中游离的水如气体、液体中的水分子以及固体中的结晶水等。可以是物理变化也可以是化学变化如浓硫酸吸收CuSO4·5H2O晶体中的结晶水。(2)脱水性:物质中本来无水分子浓硫酸可将有机物中的H、O原子按2∶1比例以“H2O的形式脱去如可以使蔗糖、纤维素、纸张等脱水炭化。2浓硫酸与金属的反应注意“量变”引起质变(1)浓硫酸参加的反应随着反应的进行因水的生成和硫酸的消耗会造成硫酸浓度的减小进而引起“质变”。如浓硫酸与Zn的反应。(2)铁和浓硫酸在加热条件下可发生反应但生成物决定于铁的量铁不足生成Fe3铁过量生成Fe21.浓硫酸在下列物质的转化中既表现出氧化性又表现出酸性的是(  )A.CuCuSO4   B.CCO2C.蔗糖→“黑面包   D.Fe2O3Fe2(SO4)3解析A ACu+2H2SO4()CuSO4+SO2+2H2OH2SO4S元素的化合价既有降低的又有不变的既表现氧化性又表现酸性;BC+2H2SO4()CO2+2SO2+2H2O只表现氧化性;C蔗糖C12H22O11C体现脱水性;DFe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O只体现酸性。2.下列关于鉴别1 mol·L-1的稀硫酸和98%的浓硫酸的叙述正确的是(  )A.常温下用pH试纸测定两溶液的pH,pH小的是浓硫酸B.常温下可以用铜片鉴别两种溶液C.铝片不能用于鉴别两种溶液D.两溶液敞口在空气中放置一段时间后质量明显增大的是浓硫酸解析:选D 1 mol·L-1稀硫酸的酸度不能用pH试纸测定因为pH试纸通常测定pH为1到14的溶液pH试纸也不能测定浓硫酸的pH因为浓硫酸使试纸脱水炭化故A项错误;常温下铜与稀硫酸和浓硫酸都不反应不能鉴别两种溶液故B项错误;铝片与稀硫酸反应能够产生气泡与浓硫酸无明显现象可以鉴别两种溶液故C项错误;浓硫酸具有吸水性两溶液敞口在空气中放置一段时间质量明显增大的是浓硫酸故D项正确。3.某化学兴趣小组为探究浓硫酸和二氧化硫的性质,设计了如下图所示的装置进行实验(夹持装置已省略):请回答:(1)用“可抽动铜丝”代替“直接投入铜片”的优点是________________________。(2)说明SO2气体产生的实验现象是________________________。装置⑤的作用是______________________。(3)为了验证SO2是酸性氧化物中可选择的试剂是________(填字母,下同)。A澄清石灰水               B.饱和食盐水C.碘水                        D.品红溶液(4)下列说法正确的是________。A.实验开始后和④中溶液均褪色两者均可证明SO2具有漂白性B.反应后将①试管中的白色固体加入水中溶液呈蓝色C.先向装置中加入试剂(药品)再进行气密性检查D.中的NaOH溶液可用Na2CO3溶液代替(5)若将抽动的铜丝换成炭块进行反应写出反应的化学方程式________________________;该反应体现浓硫酸的________(选填“脱水性”“吸水性”“强氧化性”“酸性)。 解析:(1)在加热的条件下当Cu丝与浓硫酸接触时才能反应当往上抽动Cu丝时Cu丝与浓硫酸不接触反应停止所以用“可抽动铜丝”的优点是便于控制反应的发生和停止。(2)二氧化硫能使品红溶液褪色;装置⑤中的溶液是碱液能吸收酸性物质其作用是吸收SO2气体防止污染空气。(3)A.澄清石灰水属于碱溶液二氧化硫和氢氧化钙反应生成亚硫酸钙白色沉淀所以能验证二氧化硫是酸性氧化,故正确;B.饱和食盐水和二氧化硫不反应不能验证故错误;C.碘水和二氧化硫发生氧化还原反应生成HI和硫酸该反应中体现二氧化硫的还原性不能验证故错误;D.二氧化硫能使品红溶液褪色而体现二氧化硫的漂白性不能验证二氧化硫是酸性氧化物故错误。(4)A.实验开始后二氧化硫使品红溶液褪色体现其漂白性使酸性高锰酸钾溶液褪色体现其还原性所以二者褪色原理不同故错误;B.反应后将①试管中的白色固体硫酸铜加入水中溶液呈蓝色故正确;C.加入药品之前先检查装置气密性否则得不到气体故错误;D.碳酸钠溶液呈碱性,可吸收二氧化硫,反应生成亚硫酸钠,故正确。(5)若将抽动的铜丝换成炭块进行反应加热条件下C和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓)2SO2+CO2+2H2O;反应中碳单质被浓硫酸氧化该反应体现浓硫酸的强氧化性。答案:(1)便于控制反应的发生和停止 (2)品红溶液褪色 吸收SO2气体防止污染空气 (3)A (4)BD (5)C+2H2SO4(浓)2SO2↑+CO2+2H2O 强氧化性[分级训练·课课过关]________________________________________________________1.下列有关浓硫酸的叙述正确的是(  )A.冷的浓硫酸使铁、铝钝化属于化学变化B.浓硫酸与金属活动性顺序中在氢后面的金属反应生成的气体一般为SO2与氢前面的金属反应生成的气体一般为H2C.浓硫酸具有吸水性可以干燥NH3、H2等气体D.浓硫酸是难挥发性强酸氢硫酸是挥发性弱酸所以可用浓硫酸与FeS反应制取H2S气体析:选A 浓硫酸与金属反应的还原产物均是SO2B项错误;浓硫酸可与NH3反应故不能干燥NH3C项错误;H2S有还原性浓硫酸会氧化H2S气体D项错误。2.下列物质的俗称、化学式、主要用途都正确的是(  )A.石膏(2CaSO4·H2O):用于制造各种模型B.纯碱(NaHCO3):用于制玻璃、肥皂、造纸、纺织C.硫酸钡(BaSO4):作白色颜料、钡餐D.胆矾(CuSO4):用于制造农药解析:选C A中(生)石膏化学式为CaSO4·2H2O熟石膏为2CaSO4·H2O;B中纯碱为Na2CO3;D中胆矾为CuSO4·5H2O3.实验室有两瓶硫酸分别是浓硫酸和稀硫酸但由于同学的粗心将标签弄混了。请你帮助该同学选择既简单又可靠的区分方法 (  )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解析:选C Cu与稀硫酸不反应与浓硫酸反应需要加热故A不符合题意;与石蕊溶液反应溶液都变红色现象不明显故B不符合题意;用玻璃棒各蘸少许涂在纸上变黑的为浓硫酸可鉴别既简单又安全故C符合题意;加入锌片都生成气体分别为SO2、H2故D不符合题意。4.某课外活动小组的同学在实验室做锌与浓硫酸反应的实验中甲同学认为产生的气体是二氧化硫而乙同学认为除二氧化硫气体外还可能产生氢气。为了验证哪位同学的判断正确,丙同学设计了图中的实验装置(锌与浓硫酸共热时产生的气体为X且该反应装置略去)。试回答下列问题:(1)上述反应中生成二氧化硫的化学方程式为______________________________。(2)乙同学认为还可能产生氢气的理由是______________________________。(3)A中加入的试剂可能是____________作用是____________;B中加入的试剂可能是______________作用____________;E中加入的试剂可能是____________作用是______________________________。(4)可以证明气体X中含有氢气的实验现象:C中______________________________,D中______________________________。解析:(1)二氧化硫由锌和浓硫酸反应得到锌和浓硫酸反应得二氧化硫、硫酸锌和水反应的化学方程式为Zn2H2SO4(浓)ZnSO4+SO2+2H2O(2)在Zn与浓H2SO4反应过程中H2SO4被消耗且有水生成浓H2SO4浓度逐渐减小变成稀硫酸Zn与稀H2SO4反应生成H2(3)分析装置图可知生成的气体中有二氧化硫和氢气所以装置A是验证二氧化硫存在的装置选品红溶液进行验证;通过高锰酸钾溶液除去二氧化硫通过装置B中的浓硫酸除去水蒸气利用氢气和氧化铜反应生成铜和水蒸气,所以利用装置D中的无水硫酸铜检验水的生成为避免空气中的水蒸气影响D装置中水的检验装置E中需加入碱石灰。(5)证明生成的气体中含有水蒸气的现象是C装置中黑色氧化铜变为红色铜D装置中白色硫酸铜变为蓝色。答案:(1)Zn+2H2SO4(浓)ZnSO4+SO2+2H2O (2)当Zn与浓硫酸反应时浓硫酸逐渐变稀,Zn与稀硫酸反应可产生H2 (3)品红溶液 检验SO2 浓硫酸 吸收水蒸气 碱石灰 防止空气中的水蒸气进入装置D中 (4)黑色粉末变成红色 白色粉末变成蓝色晶体 

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