硫酸的工业制备和性质(原卷版)(苏教版2019必修第一册).docx

4.1.2硫酸的工业制备和性质
【学习目标】
1.了解工业上制备硫酸的基本原理和浓硫酸的特性及应用。
2.从微观结构区分浓硫酸和稀硫酸化学性质的不同，认识从量变到质变的变化。
3.认识科学探究的意义，树立科学应用化学物质促进社会可持续发展的科学发展观；培养学生的科学精神和社会责任。

【知识梳理】 一、硫酸的工业制备
1．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 ；B ；C ；D 。
2．接触法制硫酸分为三个阶段，填写下表：
三原料

三阶段
造气(生成SO2)
接触氧化(生成SO3)
SO3被吸收(生成
H2SO4)
三设备

三反应(均放热)

3.化学工业制备的要求
(1)原料廉价且稳定，降低运输成本。
(2)从环保、成本等角度选择合适的化学反应，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，不使用或生成对环境有害的物质。

【能力达成】
1．在硫酸的工业制法中，下列措施以及采取这些措施的原因分析都正确的是(　　)
A．硫铁矿燃烧前需要粉碎，这样易于向沸腾炉中投料
B．炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应
C．SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可以使SO2全部转化为SO3
D．SO3的吸收一般用98.3%的浓H2SO4，而不用水，因为用水吸收易形成酸雾，不利于SO3的吸收
2.在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列说法中不正确的是(　　)

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%的浓硫酸，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浓硫酸
3．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SO2 B．SO3、O2
C．SO2、O2 D．SO2、SO3
4．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．硫铁矿煅烧前要粉碎，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吸收更充分
5.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_____________________________________________。

【知识梳理】
二、硫酸的性质和用途
1．物理性质
纯硫酸是无色、黏稠、难挥发的油状液体，稀释时 大量热。
2．稀H2SO4的化学性质
具有酸的通性，完成下列离子方程式：
(1)使紫色石蕊试液变 。
(2)与活泼金属反应(如Zn)： 。
(3)与碱性氧化物反应(如CuO)： 。
(4)与碱反应(如NaOH)： 。
(5)与某些盐反应(如BaCl2)： 。
3．浓硫酸的特性
(1)吸水性——干燥剂
浓硫酸具有很强的吸水性，可用作 。物质本身含有结晶水或混有水，浓H2SO4体现吸水性，可能为物理变化，如用浓H2SO4干燥Cl2、O2等气体，但不能干燥 等；也可能为化学变化，如 。实验操作：在一支洁净的大试管内加入少量CuSO4·5H2O粉末，再向试管中加入3 mL浓硫酸，此时试管内的现象是 。
(2)脱水性：浓硫酸按 ，夺取某些有机物中的 形成 。
教材中的蔗糖和浓硫酸的实验说明浓硫酸具有脱水性。

现象1：蔗糖逐渐变黑。原因是浓硫酸具有脱水性：
C12H22O11 。
现象2：蔗糖体积膨胀，形成黑色疏松多孔的海绵状的炭，并放出有刺激性气味的气体。原因是浓硫酸具有强氧化性，把炭氧化成CO2，并有SO2气体放出。
注意：物质本身不含水，按H∶O＝2∶1失去，为化学变化，如
CH3CH2OH ，
HCOOH 。
(3)强氧化性
①实验：将一小块铜片放入试管中，然后加入2 mL浓H2SO4，用图示实验装置进行实验，观察实验现象。

实验现象： 。
实验结论：铜与浓H2SO4在加热时能发生反应，生成SO2和CuSO4。
反应的化学方程式为 。
在该反应中，氧化剂为 ，还原剂为 ，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。浓硫酸在反应中既体现出 又体现出 。
②浓硫酸不仅能与金属反应，还能与部分非金属单质如碳等反应： 。
③在常温下， 等金属在浓硫酸中可发生 ，即金属的表面上会生成 ，从而阻止酸与内层金属的进一步反应。
④Al、Fe钝化理解
A、发生反应，为化学变化；B、条件：常温，浓H2SO4。
若加热，2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O。
⑤量变引起质变
反应进行时浓H2SO4变稀，会发生其他反应。
Zn＋2H2SO4(浓)ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。
4．硫酸的用途
化肥、医药、农药生产，金属处理、金属材料清洗等。
5．常见的硫酸盐
(1)硫酸钙：石膏(CaSO4·2H2O)、熟石膏(2CaSO4·H2O)，熟石膏与水混合很快凝固，常制作模型和石膏绷带，调节水泥的凝结时间。
(2)硫酸钡：不溶于水、酸，不被X射线透过，作检查肠胃的药剂，俗称钡餐。
(3)硫酸亚铁：FeSO4·7H2O，俗称绿矾，作治疗缺铁性贫血的药剂。
[辨析]　
1.浓硫酸与稀硫酸的比较

浓硫酸
稀硫酸
酸
性
电离情况
绝大多数未电离，多数以H2SO4分子形式存在
完全电离，以H＋、SO形式存在
化学方程式　
H2SO4(浓)＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O
2NaCl＋H2SO4(浓) Na2SO4＋2HCl↑
H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O
2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4
应用
制氯化氢等挥发性酸
除铁锈、制硫酸铵等盐类
氧
化
性
强弱
强氧化性[硫元素被还原，可以与不活泼金属(如Cu)及非金属(如C)等发生氧化还原反应]
弱氧化性(氢元素被还原，能与Mg、Al、Zn、Fe等金属反应，放出H2)
化学方程式　
Cu＋2H2SO4(浓) CuSO4＋SO2↑＋2H2O
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
应用
精炼石油、制造炸药等
实验室制氢气、制盐等
吸水性

浓硫酸有吸水性
无
应用
干燥剂
—
脱
水
性

浓硫酸有脱水性
无
化学方程式
C12H22O1112C＋11H2O
—
应用
在有机反应中作脱水剂、制染料等
—
2.浓硫酸与稀硫酸的鉴别方法
利用黏稠度区分
观察、摇动，油状黏稠液体为浓硫酸
利用密度区分
相同试剂瓶等体积的两瓶液体，称量，重的是浓硫酸
利用稀释放热区分
向含等量水的相同试管中，分别滴加少量等量的两种液体，管壁温度高的是浓硫酸
利用吸水性区分
取胆矾放在表面皿中，分别滴加两种液体，使胆矾变白的是浓硫酸
利用氧化性区分
常温下，向放有铁片的两支试管中分别加少量的两种液体，放出气泡的是稀硫酸，没有明显变化的是浓硫酸
利用脱水性区分
用玻璃棒分别蘸取两种液体滴在纸片上，使纸片变黑的是浓硫酸

【能力达成】
1．下列可用浓硫酸干燥的气体有(　　)
①H2　②SO2　③H2S　④Cl2　⑤NH3　⑥HCl　⑦CO2　⑧HBr　⑨CO
A．①②④⑥⑧⑨ B．①②④⑥⑦⑨
C．①②④⑥⑦⑧ D．全部
2．下列现象与用途和浓硫酸的脱水性有关的是(　　)
A．浓硫酸可作氯气的干燥剂
B．浓硫酸加到蔗糖中，蔗糖变黑
C．浓硫酸加到胆矾上，蓝色晶体变成白色粉末
D．浓硫酸与铜反应制取二氧化硫
3．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．①③ B．②④
C．①④ D．②③
4．在硫酸的工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列有关说法不正确的是(　　)

A．SO3从①处进入，整个吸收操作采取逆流的形式
B．从②处喷下98.3%的浓硫酸，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处流出的硫酸可用水稀释
5．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．蓝色胆矾晶体滴加浓硫酸时变为白色固体
C．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体
D．浓硫酸与铜片共热的反应中，浓硫酸只表现强氧化性
6．下列叙述正确的是(　　)
A．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氢气、氧气、氨气等，但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等
B．浓硫酸与单质硫反应的化学方程式为S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O，在此反应中，浓硫酸既表现了强氧化性又表现了酸性
C．把足量铜粉投入含2 mol H2SO4的浓硫酸中，反应后得到的气体在标准状况下的体积为22.4 L
D．常温下能够用铁、铝制容器盛放浓硫酸，是因为浓硫酸的强氧化性使其钝化
7．用20 mL 18.4 mol·L－1的浓H2SO4与铜共热一段时间后，冷却，过滤除去多余的铜，将滤液加水稀释到100 mL，得到溶液中SO的浓度为3.18 mol·L－1，则此时溶液中CuSO4的物质的量浓度为(　　)
A．0.50 mol·L－1
B．0.75 mol·L－1
C．1.00 mol·L－1
D．3.18 mol·L－1
8．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
9．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
10．区别浓硫酸和稀硫酸，既简单又可靠的方法是(　　)
A．常温下与铜片反应
B．与石蕊溶液反应
C．用玻璃棒各蘸少许溶液涂在纸上
D．加入锌片看是否有气体生成
11．硫酸厂有一辆存放过浓硫酸的槽罐车，某新工人违反规定，边吸烟边用水冲洗该车，结果发生了爆炸事故。下列对引起爆炸的原因分析正确的是(　　)
A．浓硫酸遇明火爆炸
B．铁与水反应产生的氢气接触空气遇明火爆炸
C．浓硫酸遇水发热爆炸
D．稀释后的硫酸与铁反应产生的氢气接触空气遇明火爆炸
12．向50 mL 18 mol·L－1的H2SO4溶液中加入足量的铜片并加热，充分反应后，被还原的H2SO4的物质的量(　　)
A．小于0.45 mol
B．等于0.45 mol
C．在0.45 mol和0.90 mol之间
D．等于0.90 mol
13．在如图所示的实验装置中，实验开始一段时间后，对观察到的现象叙述错误的是(　　)

A．苹果块会干瘪　　 　 B．胆矾晶体表面有“白斑”
C．小试管内有固体析出 D．pH试纸变红
12．某同学为了验证木炭和浓硫酸反应的产物，设计了如图所示的实验装置。

回答下列问题：
(1)A装置中发生反应的化学方程式为_________________________________，其中浓硫酸的作用是________________。
(2)B装置的作用是_________________________，现象是________________。
(3)C装置的作用是___________________，现象是________________。
(4)D装置的作用是_____________________________________________。
(5)E装置的作用是______________________________________________。
(6)F装置的作用是____________，反应的离子方程式是_______________________。
(7)B装置和C装置能否互换________(填“能”或“不能”)，原因是_
____________________________________________________。

【学习效果】
1．下列关于浓硫酸的叙述中正确的是(　　)
A．稀释浓硫酸时，将水沿着玻璃棒慢慢地注入盛有浓硫酸的量筒中，并不断搅拌
B．运输时可以将浓硫酸密封装在铁罐中
C．浓硫酸滴到硫酸铜晶体中的现象体现了浓硫酸的脱水性
D．少量浓硫酸滴入紫色石蕊溶液中，溶液会褪为无色
2．下列浓硫酸的用途、反应现象与括号内的性质对应不正确的是(　　)
A．在化学实验中，浓硫酸可作SO2、CO2等气体的干燥剂(吸水性)
B．将浓硫酸滴到蔗糖表面，固体变黑膨胀，有刺激性气味气体产生(脱水性和酸性)
C．向滤纸上滴加浓硫酸，滤纸变黑(脱水性)
D．在冷浓硫酸中放入铁片无明显现象(强氧化性)
3．下列关于浓硫酸的说法中正确的是(　　)
A．浓硫酸可用于干燥氨气
B．浓硫酸可使纸张脱水炭化
C．浓硫酸需要保存在棕色瓶中
D．可用锌和浓硫酸反应制取氢气
4．下列气体既能用浓硫酸又能用碱石灰干燥的是(　　 )
A．Cl2 B．CO
C．SO2 D．NH3
5．用如图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验不合理的是(　　 )

A．上下移动①中铜丝可控制SO2的量
B．②中选用品红溶液验证SO2的生成
C．③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2
D．为确认CuSO4生成，向①中加水，观察颜色
6．某同学用下列装置完成了浓硫酸和SO2性质实验(夹持装置已省略)。

下列说法错误的是(　　)
A．反应后，试管Ⅰ中出现白色固体，将其放入水中，溶液显蓝色
B．试管Ⅱ中品红溶液逐渐褪色，对其加热溶液又恢复红色
C．试管Ⅳ中酸性高锰酸钾溶液褪色，体现了SO2的漂白性
D．试管Ⅴ可以改为装有碱石灰的干燥管
7．下列有关H2SO4的叙述正确的是(　　)
A．浓H2SO4与铜片共热的反应中，浓H2SO4既表现出强氧化性，又表现出酸性
B．浓H2SO4与金属活动性顺序中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H2
C．常温下，铁或铝不与浓H2SO4反应，所以可用铁或铝质容器贮存浓H2SO4
D．浓H2SO4是不挥发性强酸，氢硫酸是挥发性弱酸，所以可用浓H2SO4与FeS反应制取H2S气体
8.用如图所示装置进行下列实验：将①中的浓硫酸滴入②中，预测的现象与结论相符的是(　　)

A．若②为浓盐酸；有大量气体产生；说明硫酸的酸性比盐酸强
B．若②为铜片；有气泡产生，底部生成灰白色固体；说明浓硫酸有强氧化性
C．若②为蓝色硫酸铜晶体；蓝色晶体变为白色；说明浓硫酸有吸水性，发生物理变化
D．若②为蔗糖；白色固体变为黑色海绵状，有气体放出；说明浓硫酸有脱水性、氧化性
9．我国利用接触法制硫酸的第一步是在沸腾炉中煅烧黄铁矿：4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。现有1 g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0.78 g残渣，则此黄铁矿的纯度是(　　)
A．33% B．66% C．78% D．88%
10．在表中，欲用一种试剂Z来检验盐溶液中的离子X，在同时有离子Y存在时，此检验仍可以判别的是(　　)

试剂Z
离子X
离子Y
A
NaOH
Mg2＋
Ba2＋
B
AgNO3
Cl－
SO
C
H2SO4
Ba2＋
Ca2＋
D
BaCl2
SO
CO
11．将32.5 g Zn投入到V mL浓硫酸中，共热，恰好完全反应，则可以确定的数据是(　　)
A．所得气体在标准状况下的体积
B．所得气体的质量
C．所得溶液的浓度
D．原浓硫酸的浓度
12．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
13．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)丙同学在安装好装置后，必须首先进行的一步操作是_____________________________________。
(4)A中加入的试剂可能是________________________________________________________，作用是______________；B中加入的试剂可能是____________，作用是_________________；E中加入的试剂可能是_________________，作用是______________________________。
(5)可以证明气体X中含有氢气的实验现象是
C中：________________________________________________________________________，
D中：________________________________________________________________________。
如果去掉装置B，________(填“能”或“不能”)根据D中的现象判断气体X中有氢气，原因是__________________________________________________________________________。
14．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。

甲　　 乙　　丙　 丁
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__________________________________________。
15．工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
【探究一】
(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是__________________________________。
(2)另称取铁钉6.0 g放入15.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。
甲同学取336 mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，发生反应：SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥固体2.33 g。由此推知，气体Y中SO2的体积分数为________。
【探究二】
分析上述实验中计算所得SO2的体积分数的结果，乙同学认为气体Y中还可能含有H2和Q气体。为此设计了下列实验装置(图中夹持仪器省略)。

A 　 B　 　C　 D　　 E 　　F
(3)装置B中试剂的作用是________________________________________。
(4)乙同学认为气体Y中还含有气体Q的理由是________________________(用化学方程式表示)。
(5)为确认Q的存在，需在装置中添加M于________(填序号)。
a．A之前　 b．A—B间　 c．B—C间　 d．C—D间
(6)如果气体Y中含有H2，预计实验现象应是____________________________________。