专题4 第1单元 第2课时 硫酸的工业制备和性质（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学必修第一册（苏教版2019）

专题4 硫与环境保护 第2课时　硫酸的工业制备和性质 栏目索引 基础落实 梳理必备知识 重难探究 提升关键能力 学以致用 发展科学素养 课程标准 核心素养 　　1.掌握硫酸的工业制备原理及流程。 2．了解浓硫酸的性质。 3．掌握浓硫酸的特性。 　　1.宏观辨识与微观探析：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．变化观念与平衡思想：从微观结构区分浓硫酸和稀硫酸的化学性质的不同，认识从量变到质变的变化。 3．科学态度与社会责任：通过学习浓硫酸的知识，将工业生产和化学学习联系起来，使学生建立环保意识，体会“化学与生活息息相关”。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 1．生产硫酸的两种方法 (1)古代采用加热胆矾(________________)或绿矾(_______________)的方法来制取硫酸。 CuSO4·5H2O FeSO4·7H2O 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S (2)接触法制硫酸： 三原料 三设备 三阶段 三反应 硫黄或含硫矿石、空气、98.3%的浓硫酸 ____炉 SO2的制 取和净化 _________________ _________________ ____室 SO2氧化成SO3 _________________ ____塔 SO3的吸收 _________________ 沸腾 接触 吸收 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 2.浓硫酸的物理性质 颜色 状态 沸点 挥发性 水溶性 无色 黏稠、 油状液体 __ ______ 易溶 高 难挥发 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 3.浓硫酸的特性和用途 (1)实验探究 实验操作 实验现象 实验结论 蓝色晶体变成白色粉末 浓硫酸具有______ ①蔗糖逐渐变黑，体积 ____，形成疏松多孔的海绵状的炭； ②品红溶液____ 浓硫酸具有______，且能____碳单质，本身被____ 吸水性 膨胀 褪色 脱水性 氧化 还原 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 实验操作 实验现象 实验结论 ①铜片逐渐____； ②铜片表面有____产生； ③品红溶液____ 浓硫酸具有________ 溶解 气泡 褪色 强氧化性 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S (2)浓硫酸的特性 ①吸水性：浓硫酸具有很强的吸水性，能够吸收空气或其他物质中的水分，可用作______。 ②脱水性：按照水的______，夺取某些______中的氢、氧元素形成水分子，可使蔗糖、纤维素等物质脱水。 ③强氧化性：浓硫酸有强的氧化性，一般被还原生成________。 (3)硫酸的用途 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。 干燥剂 组成比 有机物 二氧化硫 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 探究一 接触法制取硫酸 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S [问题探究] (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)→SO2→SO3→H2SO4。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。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S (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。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S (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。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 　接触法制硫酸 (1)生产流程及主要设备： 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S (2)在吸收塔中，用98.3%的浓硫酸吸收SO3的目的是因为SO3与水反应产生大量酸雾，形成酸雾不利于SO3的吸收，用98.3%的浓硫酸吸收SO3，形成发烟硫酸，再用水稀释，效果更好。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 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。燃烧硫铁矿时通入适当过量的空气使之充分燃烧。 (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，增大反应速率。 (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。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 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。常见的处理方法为碱液吸收法。 用氨水吸收SO2：SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O、SO2＋NH3·H2O===NH4HSO3。　 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 当吸收液中NH4HSO3达一定浓度后，再与浓硫酸反应放出SO2，生成硫酸铵：2NH4HSO3＋H2SO4(浓)===(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。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 【例1】 (2023·徐州高一质检)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被氧化为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%的浓硫酸，而不用水，因为用水吸收易形成酸雾，不利于SO3的吸收 D 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 将硫铁矿石粉碎，能增大矿粒与空气的接触面积，使燃烧更快、更充分，从而提高硫铁矿的利用率，A错误；净化SO2的目的是防止杂质使催化剂中毒，干燥的目的是防止水蒸气与SO2、SO3反应生成的酸腐蚀设备，B错误；SO2转化为SO3的反应是可逆的，不可能完全转化为SO3，C错误。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 1．工业上用接触法制取硫酸，今有含FeS2 90%的硫铁矿500 t，煅烧时损失5%的硫，SO2转化为SO3时又损失15%的SO2，SO3被水吸收时又损失SO3 0.5%。求能制得98%的硫酸的质量？ 答案：602.6 t 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 探究二 浓硫酸的特性 浓硫酸泄露现场，穿防化服的工人现场撒石灰。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S [问题探究] (1)向泄露的浓硫酸中撒石灰的原因是什么？ 提示：中和硫酸。 (2)在浓硫酸泄露现场工作人员有时用水雾稀释， 同时工作场所要严禁吸烟。稀释过程中要严禁烟火的原因是什么？ 提示：稀释过程中酸与金属可能产生氢气，防止氢气与空气混合爆炸。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 1．浓硫酸的特性 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 2．浓硫酸强氧化性的几种体现 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 3．几种重要的硫酸盐 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 浓硫酸与金属的反应注意“量变”引起的“质变” 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。 (1)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Fe2＋。 (2)锌与浓硫酸反应，生成SO2、H2 混合物，1 mol SO2 ～ 2 mol e－，1 mol H2～2 mol e－。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 【例2】 (原创题)下列说法正确的是(　　) A．浓硫酸具有吸水性，可以干燥氨气和氢气 B．浓硫酸使硫酸铜晶体变白，表现脱水性 C．可以用脱水性区别浓硫酸和稀硫酸 D．可以用浓硫酸区别铁与铜的活泼性 C 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 浓硫酸不能干燥氨气，A错误；浓硫酸使硫酸铜晶体变白，表现吸水性，B错误；浓硫酸有脱水性，稀硫酸没有脱水性，C正确；常温下铁遇浓硫酸会发生钝化，D错误。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 【借题发挥】 浓硫酸与稀硫酸的区别 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 2．(2024·淮安高一质检)向100 mL 一定浓度的硫酸中加入足量的铜片并加热，充分反应后，生成标准状况下气体的体积是11.2 L ，反应后溶液的体积不变，溶液中的c(H2SO4)＝8.9 mol·L－1，浓硫酸的浓度是多少？被还原的硫酸的物质的量是多少？ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 被还原的硫酸的物质的量等于SO2的物质的量，为0.5 mol，参加反应的硫酸的物质的量是1 mol，剩余硫酸的物质的量是0.89 mol，因此原来浓硫酸的浓度是18.9 mol·L－1。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 1．北宋沈括《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山县有苦泉，流以为涧。挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。下列叙述错误的是(　　) A．胆矾的化学式为CuSO4 B．胆矾可作为湿法冶铜的原料 C．“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程 D．“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”是发生了置换反应 A 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 胆矾为硫酸铜晶体，化学式为CuSO4·5H2O，A错误；湿法冶铜是用铁与硫酸铜溶液发生置换反应制取铜，B正确；加热浓缩硫酸铜溶液可析出胆矾，故“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程，C正确；铁与硫酸铜溶液发生置换反应生成铜，D正确。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 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 C 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 三氧化硫的吸收通常使用98.3%的浓硫酸，不用水或稀硫酸，原因是水或稀硫酸吸收三氧化硫时容易形成酸雾，吸收效率低，不利于三氧化硫的吸收，B、D正确；气体的吸收常采用逆流原理，这样有利于气、液的充分接触，吸收效果好，A正确；从吸收塔上部导出的气体是没有起反应的O2和少量二氧化硫，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，C错误。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 3．下列关于浓硫酸与铜反应的叙述正确的是(　　) A．在反应中，浓硫酸只表现出氧化性 B．该反应中还原剂与氧化剂物质的量之比为1∶2 C．在反应中，浓硫酸既表现出氧化性，又表现出酸性 D．每1 mol 铜参加反应就有2 mol浓硫酸被还原，同时生成2 mol SO2 C 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 4．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)判断铜与浓硫酸反应有二氧化硫生成的现象是_________________________________________。 (2)装置甲中发生的主要反应的化学方程式是 _________________________________________________________， 浓硫酸表现的性质是________________。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S (3)装置乙中试管口放有一团浸有饱和碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液的棉花，请写出二氧化硫与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：___________________________________________________________ __________________________________________________。 (4)该反应中若有3.2 g铜参加反应，则被还原的H2SO4的物质的量为________，起酸的作用的H2SO4的物质的量为________。 (5)含有0.2 mol H2SO4的浓硫酸，在加热时能否溶解6.4 g铜，结论和理由是______________________________________________________。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 5．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。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 请回答下列问题： (1)写出沸腾炉内煅烧硫铁矿的反应的化学方程式________________________________________________________________________。 (2)图中的装置乙、丙分别相当于工业上制备硫酸装置中的________、________。 (3)从装置乙中出来的气体有________________________________。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S (4)图中装置丙的作用为______________________，装置丁中的现象为________________________。 (5)本实验设计还存在的较明显的缺陷是________________________ _____________________________________________________________。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 解析： 装置乙相当于接触室，将SO2催化氧化为SO3，由于该反应是一个可逆反应，故从装置乙出来的气体中应含有SO2、O2、SO3；装置丙相当于吸收塔，用浓硫酸吸收SO3；装置丁是用水吸收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。 专题4 硫与环境保护 化学 必修 第一册 S 谢谢观看！ 4FeS2＋11O2 2Fe2O3＋8SO2 2SO2＋O22SO3 SO3＋H2O===H2SO4 解：设可制得98%的硫酸x t， 有关反应的化学方程式： 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 2SO2＋O22SO3 SO3＋H2O===H2SO4 由反应的化学方程式而得出关系式为 FeS2　　　　～　　　　2H2SO4 t＝t x≈602.6 答：能制得98%的硫酸602.6 t。 吸水性 浓硫酸能够吸收空气或其他物质中的水分，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等，但不能干燥NH3、H2S、HI等。需密封保存 脱水性 浓硫酸能够按照水的组成比，夺取某些有机物中的氢、氧元素形成水分子，如可以使蔗糖、纤维素、纸张等脱水炭化。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； ②与Cu反应：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O； ③与C反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O 反应物 变化或反应 表现性质 活泼 金属 铁、铝 常温下，铁、铝遇到浓硫酸时发生钝化 强氧化性 加热时，反应生成硫酸盐和SO2 强氧化性 和酸性 锌等其他 活泼金属 与浓硫酸反应时，开始产生SO2，后来产生H2 反应物 变化或反应 表现性质 较不活泼金属(如铜、银等) 金属＋浓硫酸高价态硫酸盐＋SO2↑＋H2O 强氧化性 和酸性 反应物 变化或反应 表现性质 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↑＋2H2O 物质 存在形式 主要用途 硫酸钙 (生)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 物质 存在形式 主要用途 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 答案：18.9 mol·L－1　0.5 mol Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，在反应中，浓硫酸既表现氧化性又表现酸性，A错误、C正确；反应中还原剂与氧化剂物质的量之比为1∶1，B错误；每1 mol铜参加反应就有1 mol浓硫酸被还原，同时生成1 mol SO2，D错误。 答案：(1)装置乙中品红溶液褪色 (2)Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　强氧化性、酸性 (3)2OH－＋SO2===SO＋H2O (4)0.05 mol　0.05 mol (5)不能溶解6.4 g铜，因为随反应的进行，浓硫酸的浓度减小，变为稀硫酸就不再与铜反应了 (4)由Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O可知，被还原的H2SO4的物质的量＝参加反应的铜的物质的量＝＝0.05 mol。(5)0.2 mol H2SO4完全反应时需铜的质量＝×64 g·mol－1＝6.4 g，反应中实际溶解铜的质量小于6.4 g，因为随着铜与浓硫酸反应的进行，浓硫酸的浓度减小，变为稀硫酸不再与铜反应，0.2 mol H2SO4不能完全反应。 答案：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 (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 $$