内容正文:
专题4
硫与环境保护
专题4 硫与环境保护
新知导学 夯实基础
课 时 精 练
化 学
必修 第一册
合作探究 素能提升
随堂演练 对点落实
第一单元 含硫化合物的性质
第2课时 硫酸的工业制备 浓硫酸的性质
专题4 硫与环境保护
新知导学 夯实基础
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随堂演练 对点落实
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硫铁矿(或硫黄)
炉渣
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沸腾炉
接触室
吸收塔
硫黄或铁矿
空气
98.3%的浓硫酸
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√
√
√
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√
√
大
高
难
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白
吸水性
黑
膨胀
脱水性
强氧化性
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续表
有气泡产生
无
蓝
强氧化性
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浓硫酸
C
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重晶石
胆矾(蓝矾)
绿矾
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课 时 精 练(十七)
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[素养发展目标] 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。4.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。
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_______________________。
二氧化硫、氧气、N2
尾气(SO2、O2、N2)
(2)接触法制硫酸分为三个阶段,填写下表:
三阶段
造气(生成SO2)
接触氧化(生成O3)
SO3吸收(生成2SO4)
三设备
______
______
______
三原料
__________
____
__________________
三反应
(均放热)
S+O2 eq \o(=====,\s\up17(点燃)) SO2或
4FeS2+11O2 eq \o(=====,\s\up17(高温))
2Fe2O3+8SO2
__________
2SO3
SO3+H2O===H2SO4
2SO2+O2
2.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质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,若有,须对有害物质进行无害化处理。
【即学即练】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”。)
(1)接触法制硫酸时,把硫铁矿投入沸腾炉前粉碎,是为了使其与空气充分接触,使反应加快( )
(2)为了防止催化剂中毒,从沸腾炉中出来的气体进入接触室前需先净化( )
(3)为了使SO3被浓硫酸充分吸收,吸收塔中浓硫酸采用从上向下喷( )
(4)接触室中安装热交换器,可以使反应过程中放出的热量得到充分利用( )
(5)吸收塔内若用水吸收SO3,会形成大量酸雾,降低吸收效率( )
二、硫酸的性质与用途
1.浓硫酸的物理性质
(1)纯净的硫酸是无色、黏稠、难挥发的油状液体。
(2)实验室常用的浓硫酸质量分数为98.3%,密度为1.84 g·cm-3,比水密度___,且浓度越大密度越大。沸点___,___挥发,常温下比较稳定。
2.浓硫酸的特性
(1)实验探究:
实验操作
实验现象
实验结论
蓝色晶体变成___色粉末
浓硫酸具有________
①蔗糖逐渐变___,体积_____,形成疏松多孔的海绵状的炭;
②品红溶液褪色
浓硫酸具有________、__________
实验操作
实验现象
实验结论
①铜片慢慢溶解;
②铜片表面__________;
③品红溶液逐渐变为__色;
④把反应试管里的溶液慢慢倒入水中,溶液变为__色
浓硫酸具有________,能与Cu反应,化学方程式:Cu+2H2SO4 (浓) eq \o(=====,\s\up17(△)) CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)与非金属的反应
浓硫酸与木炭反应的化学方程式:
C+2H2SO4(浓) eq \o(=====,\s\up17(△)) CO2↑+2SO2↑+2H2O。
其中氧化剂为_______,还原剂为___;氧化产物为_____,还原产物为_____。
3.浓硫酸的用途
(1)制造化肥、医药、农药。
(2)金属矿石的处理、金属材料的表面清洗。
CO2
SO2
(3)制取硫酸盐,制取易挥发性酸。
(4)作化学试剂。
【即学即练】
2.下列变化过程利用了硫酸的什么性质,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:
____________________________________________________________。
答案: (1)强氧化性、酸性 (2)酸性、氧化性 (3)吸水性 (4)吸水性 (5)难挥发性 (6)脱水性和强氧化性
FeSO4·7H2O
三、几种重要的硫酸盐及硫酸根的检验
1.几种重要的硫酸盐
硫酸盐
结晶水合物(化学式)
俗称
主要用途
硫酸钙
______________
生石膏或石膏
制硫酸、石膏绷带,调节水泥凝结时间
______________
熟石膏
硫酸钡
不含结晶水,化学式为BaSO4
______
白色颜料、医用“钡餐”等
硫酸铜
______________
____________
制农药、波尔多液等
硫酸亚铁
______________
____
作药物、净水剂等
CaSO4·2H2O
2CaSO4·H2O
CuSO4·5H2O
2.硫酸根的检验
检验SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 的正确操作方法:取被检液 eq \o(——————→,\s\up17(加足量盐酸酸化)) 向上清液 eq \o(—————→,\s\up17(滴加BaCl2溶液)) 观察有无白色沉淀(判断有无SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) )。
【即学即练】
3.在某溶液中加入BaCl2溶液,生成白色沉淀,加入稀硝酸,沉淀不溶解,则下列关于该溶液所含离子的推断中正确的是( )
A.一定会有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4))
B.含有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 和Ag+
C.可能含有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 或Ag+或SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 或同时含有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 和SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3))
D.可能含有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 或CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3))
答案: C
一、浓硫酸的特性探究
1.浓硫酸为干燥剂,是因为浓硫酸有吸水性,对被干燥的物质而言,有何要求?
提示:(1)一般不与浓硫酸反应的气体,都可以用浓硫酸干燥,如H2、N2、O2、CO、CO2、Cl2等。
(2)碱性气体,如NH3不能用浓硫酸干燥,它可以与硫酸发生反应而被吸收。
(3)由于浓硫酸具有强氧化性,一些具有较强还原性的气体,如HI、H2S、HBr等不能用浓硫酸干燥。
2.为什么可将浓硫酸装在钢罐中运输?
提示:常温下,铁表面被浓硫酸氧化为致密的氧化膜而钝化,从而阻止了酸与内层金属的进一步反应,所以常温下可以用钢罐运输浓硫酸。
3.化学兴趣小组的同学设计改进了蔗糖与浓硫酸反应的“黑面包”实验,并验证反应过程中的产物,实验装置如下所示:
(1)猜想品红1溶液褪色的原因是什么吗?高锰酸钾溶液褪色起怎样的作用?为什么要用品红2溶液?
提示:反应产生了SO2气体,使品红1溶液褪色,用品红1溶液褪色验证二氧化硫的存在,再用高锰酸钾吸收多余的二氧化硫,接着再次验证二氧化硫是否全部被吸收,最后才验证二氧化碳。
(2)实验中为什么要加水?
提示:浓硫酸与碳的反应需要加热,加水的作用是产生热量,引发反应。
1.浓硫酸吸水性、脱水性的区别
由此看出:二者的根本区别在于物质本身是否存在水分子。
2.浓硫酸的强氧化性
(1)本质
浓硫酸具有强氧化性,是因为H2SO4分子中+6价的硫元素具有很强的得电子能力。稀硫酸的氧化性表现在溶液中的H+得电子被还原。因H2SO4分子中+6价硫氧化性>H+,故浓硫酸比稀硫酸氧化性强。
(2)反应规律
①Fe、Al的钝化。常温下,当Fe、Al遇到浓硫酸时,会与浓硫酸发生反应,表面生成一层致密的氧化物薄膜而出现“钝化”现象。
②常温下与活泼金属反应(铁、铝除外)表现强氧化性和酸性,生成硫酸盐和SO2,硫酸浓度变小后,生成的气体为H2。
③与不活泼金属和非金属反应需要加热等反应条件才能发生。
1.下列事实与原因(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(浓硫酸具有难挥发性)
B.向某样品溶液中先滴加过量的稀盐酸无现象,再滴加BaCl2溶液后出现白色沉淀(样品溶液中含有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) )
C.蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成(浓硫酸具有吸水性)
D.浓硫酸可与铜反应(只显示浓硫酸的强氧化性)
B [在空气中敞口久置的浓硫酸,溶液质量增大是因为浓硫酸的吸水性,A错误;向样品溶液中加入稀盐酸,没有任何现象,说明一定没有Ag+,再加入少量BaCl2溶液,生成白色沉淀,此时溶液为酸性,而BaSO4既不溶于水也不溶于酸,则白色沉淀为BaSO4,溶液中含有SO eq \o\al(2-,4),B正确;蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成主要是利用了浓硫酸的脱水性,C错误;浓硫酸与金属铜的反应中既表现浓硫酸的强氧化性又表现浓硫酸的强酸性,D错误。]
2.探究金属铜与过量浓硫酸反应的装置(固定装置已略去)如图所示。关于实验操作或现象描述错误的是( )
A.上下抽动铜丝,可控制反应随时发生或停止
B.c装置中黑色固体变为红色
C.e中可以选用NaOH溶液或酸性KMnO4溶液
D.其他条件不变,用铁丝代替铜丝,c、d中两次实验现象相同
B [A.上下抽动铜丝,可控制浓硫酸与铜丝接触与否,从而控制反应的发生与停止,A选项正确;B.没有H2产生,故c装置中黑色的CuO固体颜色无明显变化,B选项错误;C.e为尾气处理装置,用于吸收SO2,SO2是酸性气体,具有还原性,可用NaOH溶液或酸性KMnO4溶液吸收,C选项正确;D.用铁丝代替铜丝,其他条件不变,铁丝与浓硫酸加热仍然产生SO2,不产生氢气,则c、d中两次实验现象相同,D选项正确。]
二、硫酸根的检验
粗盐中SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 检验的流程如下:
eq \x(取少量粗盐)
eq \o(——→,\s\up17(加水),\s\do5(溶解))
eq \x(溶液A)
eq \o(——→,\s\up17(试剂①))
eq \x(无明显现象)
eq \o(——→,\s\up17(试剂②))
eq \x(白色沉淀B)
1.上述实验,利用SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 的什么性质?
提示:SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 能与Ba2+反应生成BaSO4白色沉淀。
2.实验中,试剂①、试剂②分别是什么?为什么加入试剂①?
3.可能发生反应有哪些(写出离子方程式)?
提示:盐酸、BaCl2溶液。加盐酸可以排除CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 、Ag+等离子的干扰。
提示:CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) +2H+===CO2↑+H2O、SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) +2H+===SO2↑+H2O、Ag++Cl-===AgCl↓、Ba2++SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) ===BaSO4↓。
1.物质检验的一般步骤
2.SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 检验的易错点
(1)只加可溶性钡盐,不酸化。误将CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 、PO eq \o\al(\s\up1(3-),\s\do1(4)) 、SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 等干扰离子判断成SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 。因上述离子会产生BaCO3、Ba3(PO4)2、BaSO3白色沉淀。
(2)误将Ag+判断成SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 。如向待测液中滴加BaCl2溶液,再加稀盐酸有白色沉淀便断定含SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 。其错误是未注意溶液中不含SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) ,而含Ag+时也会产生同样的现象:Ag++Cl-===AgCl↓(白色)。
(3)误将SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 判断成SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 。如先用稀硝酸酸化,再加入BaCl2溶液或向待测液中滴加用稀盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀,便误以为有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 。该错误是未注意NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) 在酸性环境中具有强氧化性,将SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 氧化成SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 而产生干扰。
1.用可溶性钡盐检验SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 离子的存在时,先在待测溶液中加入盐酸,其作用是( )
A.形成较多的白色沉淀
B.排除SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 以外的其他阴离子及Ag+的干扰
C.形成的沉淀纯度更高
D.排除Ba2+以外的其他阳离子的干扰
B [硫酸钡是不溶于酸的沉淀,加入盐酸和沉淀的多少没关系,故A错误;B.加盐酸时,如果无明显现象,则可以排除银离子、碳酸根离子等阴离子的干扰,故B正确;C.硫酸钡是不溶于酸的沉淀,加入盐酸和沉淀的纯度没关系,故C错误;D.和盐酸反应生成沉淀的阳离子只有银离子,所以不需排除Ba2+以外的其他阳离子干扰,故D错误。]
2.某溶液中含有Na2CO3和Na2SO4两种溶质,欲证明其中SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 和CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 确实存在,选用的方案是先取少量的原溶液滴加过量的__________,发现有气泡生成,再向其中加入__________溶液,出现白色沉淀,则可证明SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 和CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 确实存在。
解析: 由于CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 在遇到酸时可以转化为气体,所以可以加入酸先检验CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) ,由于还要检验SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) ,所以不能加入硫酸,而是加入盐酸或硝酸。后面检验SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 时只要加入可溶性钡盐就可以,所以硝酸钡或氯化钡都可以。
答案: 盐酸 氯化钡
1.实验室盛装浓硫酸的试剂瓶上贴有的标识是( )
A [浓硫酸具有强烈的腐蚀性,实验室盛装浓硫酸的试剂瓶上贴有的标识应该是腐蚀品,故答案为A。]
2.下列关于浓硫酸的叙述正确的是( )
A.浓硫酸在常温下能够使铁、铝等金属钝化
B.浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体
C.浓硫酸能干燥氨气、氢气等气体
D.浓硫酸具有吸水性,因而能使蔗糖炭化
A [A.浓硫酸具有强氧化性,常温下能够使铁、铝等金属形成氧化膜而钝化,故A正确;B.浓硫酸具有强氧化性,在加热的条件下与铜迅速反应生成硫酸铜、二氧化硫气体,常温下不反应,故B错误;C.浓硫酸具有酸性,能与氨气发生反应,所以不能用浓硫酸干燥氨气,故C错误;D.浓硫酸具有脱水性,使蔗糖中的氢、氧元素以水的形式脱除,蔗糖炭化变黑,故D错误。]
3.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
D [移动铜丝,可控制铜丝与浓硫酸的接触,即控制SO2的生成量,故A合理;SO2能使品红溶液褪色,故B合理;SO2有毒,且属于酸性氧化物,故C合理;浓硫酸过量,试管中剩余浓硫酸,应将反应后的混合液慢慢加入到大量水中,否则易出现液体喷出试管而发生危险,故D不合理。]
4.观察如图,并回答下列问题:
(1)该设备的名称叫____________________。
(2)矿石粉碎成细小矿粒的目的:
①___________________________________,
②_____________________________________。
(3)该设备中发生反应的化学方程式是_____________________________ _______________________________。
答案: (1)沸腾炉
(2)①增大矿石跟空气的接触面积,使之燃烧充分 ②提高原料的利用率
(3)4FeS2+11O2 eq \o(=====,\s\up17(高温)) 2Fe2O3+8SO2
5.硫酸铜是制备其他铜的化合物的重要原料。同石灰乳混合可得波尔多液,用作杀菌剂。某实验小组在实验室制备硫酸铜,在试管中放入一块铜片,注入一定体积的浓硫酸,给试管加热,使之反应。
(1)若铜片还有剩余,硫酸__________(填“已”或“没
有”)消耗完毕。其理由是_____________________________________
_____________________________________________________________。
设计一个实验证明你的结论,写出你所设计实验的反应原理:_________________________(用化学方程式表示)。
(2)欲观察生成的CuSO4溶液的颜色,应采取的操作是__________________________。
(3)用一定量的废铜屑制取胆矾,有两种方法:第一种是取铜与浓硫酸直接反应;第二种是先将铜在空气中加热,使之生成CuO,再与稀硫酸反应,其中第________种方法好,理由是_________________________________ ________________________________________________________________。
答案: (1)没有 随着反应的进行,硫酸浓度变小,稀硫酸与Cu不反应,故硫酸不会消耗完 Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
(2)将反应后的溶液慢慢注入水中,边加边搅拌
(3)二 既节省硫酸又防止产生SO2造成污染
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