1、第2课时硫酸的制备和性质学习目标核心素养建构1.知道接触法制硫酸的化学原理。2.记住浓H2SO4吸水性、脱水性的区别及应用。3.能理解浓H2SO4具有强氧化性的原因。知 识 梳 理一、硫酸的制备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含硫矿石(如FeS2)；B炉渣；C二氧化硫、氧气、氮气；D尾气(SO2、O2、N2)。(2)接触法制硫酸分为三个阶段，填写下表：三步骤三原料三设备三反应原理造气S或FeS2沸腾炉4FeS211O28SO22Fe2O3接触氧化O2接触室2SO2O22SO3SO3吸收98.3%浓H2SO4吸收塔SO3
2、H2O=H2SO4【自主思考】1.含硫矿石使用前为何要粉碎？提示矿石经粉碎可增大反应物间接触面积，使反应更充分。2.接触法制硫酸的过程中，在吸收塔内为何不用水直接吸收SO3而要用98.3%的浓H2SO4吸收？提示防止形成酸雾，腐蚀设备。使SO3吸收更充分。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，稀释时放出大量热。2.稀H2SO4的化学性质具有酸的通性，完成下列离子方程式：(1)使紫色石蕊试液变红。(2)与活泼金属反应(如Zn) Zn2H=Zn2H2。(3)与碱性氧化物反应(如CuO) CuO2H=Cu2H2O。 (4)与碱反应(如NaOH) OHH=H2O。(5)
3、与某些盐反应(如BaCl2、Na2CO3) Ba2SO=BaSO4。3.浓硫酸的特性 (1)吸水性：浓硫酸具有很强的吸水性，可用作干燥剂。在一支洁净的大试管内加入少量CuSO45H2O粉末，再向试管中加入3 mL浓硫酸，此时试管内的现象是蓝色粉末变为白色粉末，体现了浓硫酸的吸水性。(2)脱水性：浓硫酸按水的组成比，夺取某些有机物中的氢、氧原子形成水分子。教材中的蔗糖和浓硫酸的实验说明浓硫酸具有脱水性。(3)强氧化性：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：常温下，无明显现象，加热后，铜与浓硫酸反应，有气体生成，产生的气体能使品
4、红试液褪色，使紫色石蕊试液变红，反应后被稀释的溶液呈蓝色。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： Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O 。在该反应中，氧化剂为浓H2SO4，还原剂为 Cu ，氧化剂与还原剂的物质的量之比为11。浓硫酸在反应中既体现出强氧化性又体现出酸性。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：C2H2SO4(浓)CO22SO22H2O在常温下，铁、铝等金属在浓硫酸中可发生钝化，即金属的表面上会生成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止酸与内层金属的进一步反应。【自主思考】3.浓H2SO4是常见干燥剂。根据浓H
5、2SO4的性质分析哪些气体不可以用浓H2SO4干燥？提示不可以干燥碱性气体(如NH3)和还原性气体(如HBr、HI、H2S等)。4.浓硫酸与金属单质反应表现什么性质？浓硫酸与非金属单质反应表现什么性质？提示浓硫酸与金属单质反应表现强氧化性和酸性。浓硫酸与非金属单质反应表现强氧化性。5.浓H2SO4与过量Cu反应时，浓H2SO4能否反应完全？提示不能；随着反应的进行，浓H2SO4变稀后，反应就会停止。6.结合蔗糖与浓H2SO4作用的现象，该过程体现了浓H2SO4的哪些性质？提示脱水性和强氧化性。效 果 自 测1.用来鉴别浓硫酸和稀硫酸的操作不正确的是()A.分别取10 mL溶液，质量大的是浓硫酸
6、，质量小的是稀硫酸B.观察液体流动性，流动性好的是稀硫酸，油状黏稠的是浓硫酸C.把CuSO45H2O晶体投入溶液中，逐渐变为白色粉末的是浓硫酸，晶体溶解的是稀硫酸D.将铝片分别投入溶液，快速放出气体的是浓硫酸，放出气体慢的是稀硫酸解析硫酸浓度越大密度越大，故等体积的浓硫酸和稀硫酸相比，浓硫酸的质量大于稀硫酸，A项正确。浓硫酸是黏稠的液体，流动性不如稀硫酸，B项正确。浓硫酸有吸水性，能吸收结晶水合物中的结晶水，故胆矾投入浓硫酸会变为白色粉末，投入稀硫酸中胆矾晶体溶解，C项正确。常温下浓硫酸使铝片钝化无气体放出，铝片投入稀硫酸中有气体(氢气)放出，D项不正确。答案D2.下列变化过程利用了硫酸的什么
7、性质，请写在空白处：(1)铜与浓硫酸加热反应制取SO2： (2)锌与稀硫酸反应制取氢气： (3)用浓硫酸干燥CO2： (4)硫酸铜晶体滴加浓硫酸后变白： (5)用浓硫酸制取HCl气体： (6)蔗糖滴加浓硫酸后变成疏松的“黑面包”并闻到刺激性气味： 解析硫酸是高沸点的难挥发性强酸；浓硫酸还有吸水性、脱水性和强氧化性。(1)中与不活泼金属反应，利用了浓硫酸的强氧化性；生成硫酸盐也反映了酸性；(2)中酸和金属的置换反应反映了酸的通性，虽是氧化还原反应，但它是H表现出来的，利用了硫酸的酸性；(3)中湿润气体中的水和(4)中结晶水合物中的结晶水都是“现成”的，利用了浓硫酸的吸水性；(5)是利用了浓硫酸的
8、难挥发性，制挥发性酸；(6)浓硫酸将蔗糖中的氢、氧原子以个数比21夺取后转化成炭，炭又被浓硫酸氧化为CO2，同时有SO2生成，体现了浓硫酸的脱水性和强氧化性。答案(1)强氧化性、酸性(2)弱氧化性、酸性(3)吸水性(4)吸水性(5)难挥发性(6)脱水性和强氧化性探究一、浓H2SO4的特性【探究讨论】1.浓H2SO4使蔗糖变黑，体现浓H2SO4的什么性？提示脱水性。2.浓H2SO4使蓝矾变成白色粉末，体现了浓H2SO4的什么性？提示吸水性。3.浓H2SO4与过量的Zn充分反应，发生反应有哪些？写出化学方程式。提示Zn2H2SO4(浓)=ZnSO4SO22H2O，ZnH2SO4(稀)=ZnSO4H
9、2。【点拨提升】1.浓硫酸吸水性和脱水性的区别浓硫酸吸水是把物质中含有的H2O分子或结晶水吸收。浓硫酸脱水是把有机物中的氢元素和氧元素按原子个数比21的形式脱去。所以，二者的本质区别是物质中有没有水分子。浓硫酸能够吸收空气中的水分和其他物质表面的水分，因此浓硫酸常用作干燥剂。但是它不能用来干燥碱性气体(如NH3)和强还原性气体(如H2S)。2.浓H2SO4与稀H2SO4的本质区别(1)浓硫酸具有强氧化性，主要是构成酸根的中心原子易获得电子，显示出与稀硫酸不同的强氧化性。而稀硫酸具有的氧化性是电离出的H得到电子，如氧化较活泼的金属Zn、Fe等。(2)浓硫酸溶于水放出大量的热，因此稀释浓硫酸时，应
10、把浓硫酸沿器壁慢慢注入水中，并不断搅拌。3.浓硫酸特性的体现(1)与金属的反应较活泼金属较不活泼金属：金属浓硫酸高价态硫酸盐SO2H2O(体现强氧化性和酸性)注意：反应条件为加热，浓硫酸的还原产物是SO2。(2)与非金属反应 (3)与还原性物质反应浓硫酸具有强氧化性，能将还原性物质(如H2S、HI)氧化(体现强氧化性)。【典题例证1】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、氨气等气体，但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体B.浓硫酸与单质碳反应的化学方程式为：C2H2SO4(浓)CO22SO22H2O，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
11、到含H2SO4 2 mol的浓硫酸中，得到气体体积标准状况下为22.4 LD.常温下能够用铁、铝等容器盛放浓硫酸，是因为浓硫酸的强氧化性使其钝化解析A项，浓硫酸具有吸水性，但由于其具有强氧化性和酸性，故不能用来干燥具有还原性的气体和碱性气体(如NH3)；B项，浓硫酸与S、C等非金属单质作用时，由于没有盐生成，故只显强氧化性；C项，Cu与浓硫酸反应时，浓硫酸浓度逐渐降低，当稀到一定程度变为稀硫酸时，反应自行停止，故产生的SO2不足22.4 L；D项正确。答案D【学以致用1】探究Cu和浓硫酸的反应，下列装置或操作正确的是()A.用装置甲、乙制备和收集SO2B.用装置甲、丙制备和稀释CuSO4溶液C
12、.用装置乙、丁收集和检验SO2的漂白性D.用装置甲、丁制备和探究SO2的漂白性解析Cu与浓硫酸混合加热制取SO2，由于SO2的密度比空气大，所以应该使用向上排空气的方法收集，入气导气管长，出气导气管短，装置乙错误，A错误；制备硫酸铜溶液一般利用稀硫酸与CuO，铜和浓硫酸反应后的溶液浓硫酸过量，所得CuSO4溶液不纯，且向浓硫酸中加入水易发生液体外溅伤人，B错误；由A中分析可知乙装置收集SO2错误，SO2具有漂白性，可以使品红溶液褪色，但是产生的无色物质不稳定，加热会发生分解反应，使物质恢复原来的颜色，C错误。答案D探究二、硫酸的制备【探究讨论】如何实行SO2的催化氧化过程？“热”从何来？提示接
13、触室内有催化剂。矿石煅烧时放出的热量提供SO2催化氧化所需能量。【点拨提升】接触法制硫酸生产流程及主要设备：【典题例证2】工业制硫酸的设备分为三大部分：沸腾炉、接触室、吸收塔，下图所示的装置是仿照工业上制备硫酸工艺流程设计出来的，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)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式 。(2)图中的乙、丙分别相当于工业上制备硫酸装置中的 、 。(3)从乙装置中出来的气体有 。(4)图丙装置的作用为 ，丁中的现象为 。(5)本实验设计还存在的较明显的缺陷是 。解析乙装置相当于接触室，将SO2催化氧化为SO3，由于该反应是一个可逆反应，故从乙装
14、置中出来的气体中应含有SO2、O2、SO3；丙装置相当于吸收塔，用浓硫酸吸收SO3；丁装置是用水吸收SO3，SO3溶于水会放出大量的热，使水汽化为水蒸气，从而形成酸雾；本实验中缺少尾气吸收装置。答案(1)4FeS211O22Fe2O38SO2(2)接触室吸收塔(3)SO2、O2、SO3(4)吸收SO3有酸雾生成(5)缺少尾气吸收装置【学以致用2】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只有SO2C.SO2氧化成SO3，SO2能全部转化为SO3D.SO3用98.3%的浓H2SO4吸收，目的是防止
15、形成酸雾，以便使SO3吸收完全解析将硫铁矿粉碎是使其增大与空气的接触面积，使燃烧更快、更充分，并不是大块硫铁矿不能燃烧。从沸腾炉出来的气体除SO3外，还有SO2、O2、N2等。SO2转化为SO3为可逆反应，正、逆反应同时进行，故SO2不可能全部转化为SO3。SO3转化为H2SO4，若直接用水吸收，会形成大量酸雾，导致SO3吸收不完全，工业生产中用98.3%的浓硫酸作为吸收剂，则不会出现酸雾，吸收SO3更充分。答案D1.如图所示，小试管内盛有约3 mL饱和硫酸铜溶液，与锥形瓶连通的U形管内盛有少量水(为便于观察，预先染成红色)。沿小试管内壁小心地慢慢倒入约3 mL浓硫酸静置片刻，不可能观察到的现
16、象是()A.小试管内液体分两层，上层蓝色，下层无色B.U形管内左边液面下降，右边液面升高C.有少量白色固体析出D.有少量蓝色固体析出解析浓H2SO4的密度大于饱和CuSO4溶液的密度，浓硫酸在下层呈无色；浓H2SO4具有强吸水性，导致CuSO4饱和溶液中水量减少，有胆矾晶体析出，同时胆矾中的水又被浓H2SO4吸收，所以看到有白色固体析出而不是蓝色固体。答案D2.浓硫酸和2 molL1的稀硫酸在实验室中敞口放置，它们的质量和放置天数的关系如图。分析a、b曲线变化的原因是()A.a升华、b冷凝B.a蒸发、b吸水C.a蒸发、b潮解D.a冷凝、b吸水解析在两种溶液中都存在吸收水分与水分蒸发两个过程，只
17、不过在浓硫酸中以吸收水分为主，溶液质量增加；而2 molL1稀硫酸中以水分蒸发为主，溶液质量减小。答案B3.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.浓硫酸在加热条件下可与铜等不活泼金属反应解析区别浓硫酸的脱水性和吸水性，要看原物质中是否直接含H2O，如：C6H12O66C6H2O(脱水性)CuSO45H2OCuSO45H2O(吸水性)。答案B4.下列事实与浓硫酸表现出的性质(括号中)对应关系正确的是()A.在空气中敞口久置的浓硫酸，溶液质量增大(难挥发性)B.在加热条件下铜与浓硫酸反应(强氧
18、化性、酸性)C.蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成(吸水性)D.浓硫酸与少量胆矾晶体混合，晶体由蓝色变成白色(脱水性)解析在空气中敞口久置的浓硫酸，会吸收空气中的水分而使溶液的质量增大，表现的是浓硫酸的吸水性，A错误；在加热条件下铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，部分硫元素化合价变化，体现浓硫酸的强氧化性和酸性，B正确；蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成，体现浓硫酸的脱水性，C错误；浓硫酸与少量胆矾晶体混合，晶体由蓝色变成白色，体现浓硫酸的吸水性，D错误。答案B5.某化学兴趣小组为探究铜与浓硫酸的反应，用图中装置进行有关实验。请回答：(1)装置A中发生反应的化学方程式为 。(2)装置D中
19、试管口放置的棉花中应浸一种液体，这种液体是 ，其作用是 。(3)装置B的作用是贮存多余的气体。当D处有明显的现象后，关闭K，移去酒精灯，但由于余热的作用，A处仍有气体产生，此时B中现象是 。B中应放置的液体是 (填序号)。a.水 B.酸性KMnO4溶液c.浓溴水 D.饱和NaHSO3溶液(4)实验中，取一定质量的铜片和一定体积18 molL1的硫酸放在圆底烧瓶中共热，直到反应完毕，发现烧瓶中还有铜片剩余，该小组学生根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余。有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解，你认为原因是 。下列药品中能用来证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是 (填序号)。a.铁粉 B.BaCl2溶液c.银粉 D.Na2CO3溶液解析(2)为防止SO2尾气污染空气，D处的棉花应浸有能吸收SO2的溶液，如NaOH溶液。(3)B中所放液体应不与SO2反应，故应为饱和NaHSO3溶液。(4)要证明硫酸有剩余则应选用铁粉或Na2CO3溶液，观察是否有气体生成，而不能用BaCl2溶液，因为BaCl2也可与CuSO4反应。答案(1)Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O(2)NaOH溶液(其他合理答案也可)吸收多余的SO2，防止污染空气(3)长颈漏斗内液面上升，集气瓶内液面下降d(4)随着反应的进行浓硫酸变为稀硫酸，而铜不能与稀硫酸反应ad