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第2课时 硫酸 硫酸根离子的检验
基础过关练
题组一 硫酸的工业制备
1.(2022海南海口月考)硫酸是一种重要的化工原料,下列关于硫酸的说法中不正确的是( )
A.硫酸可用于生产化肥、农药和炸药等
B.硫黄和黄铁矿可以作为制备硫酸的原料
C.工业制备硫酸时,SO2转化为SO3的反应需要在加热和催化剂存在的条件下进行
D.工业生产中反应生成的SO3可以用水直接吸收来制备硫酸
2.(2021湖南长沙期中)我国工业上主要以黄铁矿为原料来生产硫酸,其工艺流程如图:
下列说法错误的是( )
A.将黄铁矿粉碎的目的是加快反应速率,提高原料利用率
B.二氧化硫、三氧化硫都是酸性氧化物
C.二氧化硫转化为三氧化硫是不可逆反应
D.三氧化硫制硫酸的化学方程式为SO3+H2O H2SO4
题组二 浓硫酸的吸水性与脱水性
3.(2022江西上饶中学月考)下列关于浓硫酸的吸水性和脱水性的说法中,错误的是( )
A.实验室制取氯气时用浓硫酸作干燥剂,说明浓硫酸有吸水性
B.将少量浓硫酸滴在湿润的蓝色石蕊试纸上,试纸变黑,说明浓硫酸具有脱水性
C.向浓盐酸中加入浓硫酸,会有白雾生成,说明浓硫酸具有吸水性
D.浓硫酸使胆矾变白,说明浓硫酸具有脱水性
4.(2022四川南充月考)下图所示的实验装置中,实验开始一段时间后,观察到的现象不正确的是( )
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试纸最终变红
5.将适量的蔗糖(C12H22O11)放入烧杯,滴入几滴水,搅拌均匀,然后加入适量的浓硫酸。可观察到固体变黑,片刻后,黑色物质急剧膨胀,同时产生大量刺激性气味的气体,放出大量的热。(如图所示)
(1)固体变黑体现了浓硫酸的 (填“吸水”“脱水”或“强氧化”)性。
(2)确定刺激性气味气体的成分。
①将气体通入品红溶液后,溶液褪色,加热,颜色恢复。说明该气体中一定含有 。
②将气体通入澄清石灰水后,溶液变浑浊, (填“能”或“不能”)证明气体中含有二氧化碳,其理由是 。
③刺激性气味气体产生的原因是 (用化学方程式表示)。
题组三 浓硫酸的强氧化性
6.下列表述中只体现浓硫酸强氧化性的是( )
A.浓硫酸滴加到白纸上,使纸张变黑
B.浓硫酸与铜片在加热条件下反应
C.浓硫酸与木炭在加热条件下反应
D.向蔗糖中加入浓硫酸,蔗糖变黑,有刺激性气味气体产生
7.(2022山西运城段考)某同学在实验室选用下列实验装置,验证浓硫酸与碳反应的生成物。下列说法正确的是( )
A.若连接顺序为Ⅰ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅴ,当观察到装置Ⅲ溶液颜色变浅但不褪色,装置Ⅴ溶液变浑浊时,可证明反应产生了CO2
B.若连接顺序为Ⅰ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅱ→Ⅴ,此时装置Ⅲ两侧的品红溶液在实验设计中的目的和作用相同
C.反应过程中装置Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色,体现了SO2的漂白性
D.浓硫酸与碳反应中,浓硫酸表现出酸性和强氧化性
8.(2022广东十五校联盟联考)实验室常用下列装置来进行铜跟浓硫酸反应等一系列实验。
(1)判断铜跟浓硫酸反应有SO2生成所依据的现象是 ,甲中发生的主要反应的化学方程式是 ,该反应中若有3.2 g Cu参加反应,则被还原的H2SO4的物质的量为 mol。
(2)在乙的试管口放有一团浸有碱液的棉花,其目的是 。
(3)欲证明生成了CuSO4,应采取的操作是 。
(4)若铜片还有剩余,则硫酸 (填“有”或“没有”)剩余。其理由是 。
题组四 SO42-的检验与粗盐的提纯
9.(2021重庆巴蜀中学月考)为了检验某溶液中是否含有SO42-,下列操作最合理的是( )
A.先加Ba(NO3)2溶液产生白色沉淀,再加盐酸,白色沉淀不溶解则原溶液中含有SO42-
B.先加Ba(NO3)2溶液产生白色沉淀,再加稀硝酸,白色沉淀不溶解则原溶液中含有SO42-
C.先加盐酸酸化,无明显现象,再加BaCl2溶液,若有白色沉淀则原溶液中含有SO42-
D.先加硝酸酸化,无明显现象,再加BaCl2溶液,若有白色沉淀则原溶液中含有SO42-
10.为除去粗食盐水中的Ca2+、Mg2+、SO42-等离子,以制得精盐水。某同学设计如下方案:
以下说法正确的是( )
A.A中主要有Mg(OH)2和BaSO4
B.②中加入过量Na2CO3溶液的主要目的是除去Mg2+、Ca2+
C.D中只有CO32-、Cl-、Na+这3种离子
D.③中发生的反应只有2H++CO32- H2O+CO2↑
能力提升练
题组一 浓硫酸的特性与SO42-的检验
1.(2022安徽合肥期中)用如图所示装置进行下列实验:将①中浓硫酸滴入②中。预测的②中现象与实验结论相符的是( )
②中物质
预测②中现象
实验结论
A
浓盐酸
产生大量气体
硫酸的酸性比盐酸强
B
铜片
铜片溶解,产生气泡,底部产生灰白色粉末
浓硫酸具有酸性和强氧化性
C
CuSO4·
5H2O
固体由蓝色变为白色
浓硫酸具有吸水性,发生物理变化
D
蔗糖
固体由白色变为黑色海绵状,并有刺激性气味的气体放出
浓硫酸具有脱水性、强氧化性
2.有一瓶Na2SO3溶液,它可能部分被氧化。某同学取少量该溶液,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,再加入足量稀硫酸,充分振荡后仍有白色沉淀。下列结论中,正确的是( )
A.亚硫酸钠已部分被空气中的氧气氧化
B.加入BaCl2溶液后,生成的沉淀中一定含有硫酸钡
C.加入稀硫酸后,不溶的沉淀一定是BaSO3
D.此实验不能确定亚硫酸钠是否部分被氧化
题组二 以浓硫酸为载体的综合实验
3.(2022河南名校联考)为验证浓硫酸与除去表面氧化物的铁钉(碳素钢)共热产生气体的成分(可能含CO2、SO2、H2),设计了下图所示装置。
下列说法错误的是( )
A.D装置中的试剂可以是Ba(OH)2溶液
B.若将B、D装置位置调换,检验得到的结果一样
C.E装置中浓硫酸的作用是吸收水蒸气
D.F装置中黑色固体变红色,G装置中白色固体变蓝色,说明有H2产生
4.实验室中用下列装置测定SO2催化氧化为SO3的转化率(部分夹持装置已省略,已知SO3的熔点为16.8 ℃,假设气体进入装置时均被完全吸收,且忽略空气中CO2的影响),下列说法不正确的是( )
A.A装置烧瓶中发生的反应可以表示为Na2SO3+H2SO4 Na2SO4+SO2↑+H2O
B.用D装置制备氧气,试管中的药品可以是KClO3
C.当停止通入SO2,熄灭酒精灯后,需要继续通一段时间的氧气
D.C中产生的白色沉淀是BaSO4
5.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时,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(锌与浓硫酸反应时产生的气体为X)。
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 ,作用是 ;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 。
6.(2022山东名校联考)某同学设计实验探究浓硫酸与蔗糖反应所生成的产物,装置如图所示:
已知:实验前向蔗糖中加入几滴水,装置D、F中盛装的试剂均是足量的。
请回答下列问题:
(1)按图示连接好装置后,需检查 ;盛装蔗糖的仪器的名称为 。
(2)反应开始时,需要先向装置中通入N2,通入N2的作用为 ;装置A中的导气管①的作用为 。
(3)反应过程中,发现装置B处的无水CuSO4的颜色由白色变为 。
(4)反应开始后,装置C中品红溶液褪色,这说明浓H2SO4与蔗糖反应生成了SO2气体,则装置D中应出现的现象为 ,该现象对应的离子方程式为 。
(5)在实验过程中,装置F中出现白色浑浊现象, (填“能”或“不能”)说明浓H2SO4与蔗糖反应所生成的产物中含有CO2气体;若将装置F放在装置B和C之间,澄清石灰水中出现白色浑浊现象,
(填“能”或“不能”)说明浓H2SO4与蔗糖反应所生成的产物中含有CO2气体,分析原因: (用文字说明)。
答案全解全析
基础过关练
1.D 硫酸可用于生产化肥、农药和炸药等,A项正确;以硫黄或黄铁矿作为原料可制取硫酸,B项正确;工业制备硫酸时,SO2转化为SO3的反应在400~500 ℃、V2O5作催化剂的条件下进行,C项正确;工业生产中用98.3%的浓硫酸来吸收SO3,D项错误。
2.C 将黄铁矿粉碎可以增大反应物接触面积,加快反应速率,提高原料利用率,A正确;二氧化硫、三氧化硫均可以与碱反应生成盐和水,都是酸性氧化物,B正确;二氧化硫转化为三氧化硫的反应是可逆反应,C错误;三氧化硫与水发生化合反应生成硫酸,D正确。
3.D 浓硫酸有吸水性,在实验室制取Cl2时可用作干燥剂,A项正确;将少量浓硫酸滴在湿润的蓝色石蕊试纸上,试纸变黑,可说明浓硫酸具有脱水性,B项正确;向浓盐酸中加入浓硫酸,浓硫酸具有吸水性,稀释时放出大量热,使浓盐酸挥发,产生白雾,C项正确;浓硫酸使胆矾变白,说明浓硫酸具有吸水性,D项错误。
易错警示
①浓硫酸具有强氧化性和酸性,不能干燥HI、HBr、H2S等具有还原性的气体和NH3等碱性气体;②浓硫酸将晶体中的结晶水吸收,体现的是浓硫酸的吸水性,判断浓硫酸的吸水性和脱水性时,要记住“有水则吸,无水则脱”。
4.D 浓硫酸具有吸水性,使苹果块失水而变干瘪,A项正确;浓硫酸可使胆矾晶体失去结晶水,可观察到胆矾晶体表面有“白斑”,B项正确;浓硫酸具有吸水性,使饱和硝酸钾溶液中溶剂减少,小试管内会有晶体析出,C项正确;浓硫酸具有脱水性,可使pH试纸变黑,D项错误。
5.答案 (1)脱水
(2)①SO2 ②不能 SO2也可使澄清石灰水变浑浊 ③C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O
解析 (1)浓硫酸具有脱水性,把蔗糖中的氢、氧元素按原子个数比2∶1脱去,使蔗糖固体变黑。(2)①将产生的气体通入品红溶液中,可以看到品红溶液褪色,加热,颜色恢复,说明该气体中一定含有二氧化硫;②二氧化硫和二氧化碳通入澄清石灰水都会生成沉淀,使溶液变浑浊,因此澄清石灰水变浑浊不能证明气体中含有二氧化碳;③浓硫酸能使蔗糖炭化,脱水过程中放热,碳和浓硫酸共热反应生成二氧化硫、二氧化碳和水。
易错警示
浓H2SO4的脱水作用一般适用于含C、H元素的有机物,这些有机物中本身没有H2O,但有H、O元素,浓H2SO4能把有机物中的H、O按H2O的组成比脱去,使这些有机物发生化学变化。
6.C 浓硫酸使纸张变黑,体现浓硫酸的脱水性,A项错误;浓硫酸与铜片在加热条件下反应生成CuSO4、SO2和H2O,浓硫酸体现酸性和强氧化性,B项错误;浓硫酸与木炭在加热时反应生成CO2、SO2和H2O,浓硫酸只表现出强氧化性,C项正确;向蔗糖中加入浓硫酸,蔗糖变黑,有刺激性气味气体产生,体现浓硫酸的脱水性和强氧化性,D项错误。
7.A 浓硫酸与碳在加热条件下反应生成CO2、SO2和H2O,应分别用无水CuSO4检验水蒸气,品红溶液检验SO2,澄清石灰水检验CO2。A项,装置Ⅲ中溶液变浅但不褪色,说明SO2已完全被除去,装置Ⅴ中出现浑浊,即证明反应中生成了CO2,正确;B项,前后两个装置Ⅱ分别用来检验SO2、检验SO2是否除尽,其目的和作用不同,错误;C项,SO2与酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应,使溶液褪色,SO2表现出还原性,错误;D项,浓硫酸与碳的反应中浓硫酸只体现强氧化性,错误。
8.答案 (1)乙中品红溶液褪色 Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O 0.05
(2)防止产生的SO2气体逸出,污染环境
(3)将甲中反应后的液体慢慢注入水中,边加边搅拌,观察溶液的颜色
(4)有 随着反应的进行,浓硫酸变稀,而稀硫酸不与Cu反应,故H2SO4有剩余
解析 (1)铜与浓硫酸发生反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O,生成的SO2能使乙中品红溶液褪色;3.2 g Cu的物质的量为3.2 g64 g·mol-1=0.05 mol,则该反应中被还原的H2SO4的物质的量也为0.05 mol。(2)SO2可与碱反应,用浸有碱液的棉花可吸收剩余的SO2,防止污染环境。(3)反应后甲中可能含有剩余的浓硫酸,不可直接将水加入试管中,应将反应后的液体慢慢注入水中,边加边搅拌,观察溶液的颜色。(4)随着反应的进行,浓硫酸逐渐变稀,Cu与稀硫酸不反应,故硫酸最后有剩余。
9.C 检验溶液中是否含有SO42-,先用盐酸酸化,若无明显现象,可排除CO32-、SO32-及Ag+等的干扰,再加BaCl2溶液,若产生白色沉淀,则可证明原溶液中一定含有SO42-,C项正确。
10.A 为从粗食盐水中除去Ca2+、Mg2+、SO42-等离子,加入过量氢氧化钡溶液,Mg2+与OH-反应生成氢氧化镁沉淀,SO42-与Ba2+反应生成硫酸钡沉淀,A正确;B中含有Ca2+、Ba2+、OH-、Na+、Cl-等,加入过量Na2CO3溶液的主要目的是除去Ca2+、Ba2+,B错误;B中加入过量Na2CO3溶液后,D中含有Cl-、Na+、CO32-、OH-等离子,C错误;D中加入适量盐酸,除去CO32-、OH-,则③中发生的反应有2H++CO32- H2O+CO2↑、H++OH- H2O,D错误。
方法技巧
为了将可溶性杂质除净,除杂试剂应稍过量,这样才能保证杂质离子完全被除去,但过量的除杂试剂又会成为新的杂质,所以粗盐的提纯实验中应该保证Na2CO3溶液在BaCl2溶液或Ba(OH)2溶液后面加入,过滤后再加入适量盐酸,除去过量的Na2CO3。
能力提升练
1.D 浓硫酸吸收浓盐酸中的水,且吸水时放热使溶液温度升高,导致浓盐酸挥发,该实验体现浓盐酸的挥发性和浓硫酸的吸水性,A项错误;常温下浓硫酸和Cu不反应,即没有明显现象,B项错误;浓硫酸吸收CuSO4·5H2O中的结晶水,得到白色的无水CuSO4,发生的是化学变化,C项错误;浓硫酸将蔗糖中H、O元素按原子个数比2∶1脱去,体现脱水性,C被氧化为CO2,体现浓硫酸的强氧化性,D项正确。
2.D 若Na2SO3溶液未被氧化,则加入BaCl2溶液生成的沉淀是BaSO3,而没有BaSO4,B错误;无论Na2SO3溶液是否被氧化,加入BaCl2溶液后,再加入稀硫酸,不溶的沉淀一定是BaSO4,C错误;题中实验无法证明Na2SO3是否部分被氧化,A错误,D正确。
3.B 结合本实验目的,对各实验装置进行如下分析:
A中发生浓硫酸和铁钉的反应
B中酸性KMnO4溶液可检验并吸收SO2
C装置检验SO2是否吸收完全
D中可用Ba(OH)2溶液等检验CO2
E为干燥装置
F中H2还原CuO
G中无水硫酸铜变蓝,即气体中含H2
H可防止空气中水蒸气进入干燥管干扰实验
结合上述分析,A、C项正确;SO2、CO2均能与Ba(OH)2溶液反应生成白色沉淀,B、D装置位置不能调换,B项错误;F中H2还原CuO生成Cu,现象是黑色固体变为红色,G中白色固体变蓝色,证明F的反应中有水生成,说明混合气体中有H2,D项正确。
思维升华
要利用题中装置同时检验3种气体产物,需注意检验的先后顺序,应依次为SO2、CO2和H2。由于SO2、CO2均能使Ba(OH)2溶液变浑浊,故检验CO2需除去SO2产生的干扰;利用G中的无水硫酸铜检验F中有水蒸气生成,需注意右侧空气中水蒸气产生的干扰,需在G后连接装有碱石灰的干燥装置。
4.B 70%的硫酸和亚硫酸钠反应产生二氧化硫,A装置烧瓶中发生的反应可以表示为Na2SO3+H2SO4 Na2SO4+SO2↑+H2O,A正确;D装置加热固体制备氧气,可以用KMnO4(试管口需放一团棉花),加热分解KClO3需要MnO2作催化剂,B错误;对于定量测定实验,需要排除空气、水蒸气的干扰,还要将产物三氧化硫以及未反应的二氧化硫全部驱赶到后续装置中以进行准确测量或称量,故停止通入SO2,熄灭酒精灯后,需要继续通一段时间的氧气,C正确;C装置中发生的反应为3SO2+3Ba2++2NO3-+2H2O 4H++2NO↑+3BaSO4↓,白色沉淀为BaSO4,D正确。
5.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
解析 (1)锌和浓硫酸反应生成二氧化硫、硫酸锌和水,反应的化学方程式为Zn+2H2SO4(浓) ZnSO4+SO2↑+2H2O。(2)在Zn与浓H2SO4反应的过程中,H2SO4被消耗且有水生成,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,生成的气体中可能有二氧化硫和氢气,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,所以装置D中盛有无水硫酸铜,检验水的生成,为避免空气中的水蒸气影响装置D中水的检验,装置E中需加入碱石灰。(4)证明生成的气体中含有氢气的现象是:装置C中黑色粉末变为红色,装置D中白色粉末变为蓝色。
6.答案 (1)装置的气密性 三颈烧瓶
(2)排尽装置中的空气 平衡气压,便于浓硫酸顺利滴下
(3)蓝色
(4)溶液橙红色变浅 SO2+Br2+2H2O 4H++SO42-+2Br-
(5)能 不能 SO2可以与澄清石灰水反应生成CaSO3沉淀
解析 (1)连接好装置后,实验前需检查装置的气密性,盛装蔗糖的仪器为三颈烧瓶。(2)反应开始时,通入N2能排尽装置中的空气。(3)装置A中反应生成水蒸气,可使装置B中无水CuSO4由白色变为蓝色。(4)SO2进入装置D中与溴水发生氧化还原反应,生成HBr和H2SO4,可观察到溶液橙红色变浅,反应的离子方程式为SO2+Br2+2H2O 4H++SO42-+2Br-。(5)SO2已被除尽,装置F中出现白色浑浊,即CO2和Ca(OH)2反应生成白色CaCO3沉淀,能说明浓H2SO4与蔗糖反应所生成的产物中含有CO2气体;若将装置F放在装置B和C之间,SO2与Ca(OH)2反应可生成白色CaSO3沉淀,不能说明浓H2SO4与蔗糖反应所生成的产物中含有CO2气体。
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