5.1 第2课时 硫酸 硫酸根离子的检验（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版2019 不定项版）

第2课时　硫酸　硫酸根离子的检验 课程标准 核心素养目标 1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硫酸的主要性质。 2．能根据硫酸的性质，分析实验室、工业生产及环境保护中的某些常见问题。 1.科学探究与创新意识：结合真实情境中的应用实例，通过实验探究，了解硫酸的酸性和浓硫酸的特性，能设计实验检验硫酸根离子。 2．科学态度与社会责任：结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，认识硫酸在生产中的应用和对生态环境的影响。 一、硫酸 1．工业制备硫酸的原理 工业上一般以硫黄或其他含硫矿物(如黄铁矿)为原料来制备硫酸，金属冶炼时产生的含SO2废气经回收后也可用于制备硫酸。 工业制备硫酸的有关反应方程式 (1)生成SO2(沸腾炉)： 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2或S＋O2SO2。 (2)催化氧化(接触室)： 2SO2＋O22SO3。 (3)制备硫酸(吸收塔)： SO3＋H2O===H2SO4。 2．浓硫酸的特性 (1)吸水性 原理 浓硫酸能吸收存在于周围环境中的水分，可以是气体、液体中的水分子及固体中的结晶水 应用 可用作干燥剂，用于干燥Cl2、H2、CO2、SO2等气体 (2)脱水性 浓硫酸能将蔗糖、纸张、棉布和木材等有机物中的氢和氧按水的组成比脱去。 实验 操作 实验 现象 ①蔗糖逐渐变黑； ②蔗糖体积膨胀，形成黑色疏松多孔的海绵状固体，并放出有刺激性气味的气体 实验 结论 ①浓硫酸具有脱水性； ②浓硫酸具有强氧化性，能将蔗糖氧化成碳单质，自身被还原为SO2 (3)强氧化性 ①与金属的反应 加热时，浓硫酸能氧化大多数金属单质(金、铂除外)。 (实验5－3)探究浓硫酸与铜的反应 实验 操作 实验 现象 a试管中铜丝表面有气泡产生。b试管中的品红溶液逐渐变为无色。冷却后，将a试管里的物质慢慢倒入盛有少量水的另一支试管里，溶液变成蓝色 原理 分析 Cu和浓硫酸反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，该反应中，浓硫酸是氧化剂，铜是还原剂 ②与非金属的反应 加热时，浓硫酸能与部分非金属单质(如C、S、P等)发生反应。加热时浓硫酸与木炭反应的化学方程式为2H2SO4(浓)＋CCO2↑＋2SO2↑＋2H2O。该反应中，C是还原剂，浓硫酸是氧化剂。 二、硫酸根离子的检验 1．探究硫酸根离子的检验(实验5－4) 实验 操作 在三支试管中分别加入少量稀硫酸(a)、Na2SO4溶液(b)和Na2CO3溶液(c)，然后各滴入几滴BaCl2溶液，观察现象。再分别加入少量稀盐酸，振荡，观察现象 实验 现象 a中生成白色沉淀，加入稀盐酸，沉淀不溶解 b中生成白色沉淀，加入稀盐酸，沉淀不溶解 c中产生白色沉淀，加入稀盐酸，沉淀逐渐溶解 离子 方程式 Ba2＋＋SO===BaSO4↓ Ba2＋＋CO===BaCO3↓； BaCO3＋2H＋===Ba2＋＋CO2↑＋H2O 实验 结论 在溶液中，Ba2＋和SO结合生成不溶于稀盐酸的白色沉淀BaSO4 2.硫酸根离子的检验 (2)注意事项 ①先加稀盐酸的目的是排除CO、SO等及Ag＋的干扰。 ②加入稀盐酸和BaCl2溶液的顺序不能颠倒。 3．除去粗盐中的可溶性杂质(思考与讨论) (1)除杂原理 粗盐中含Na2SO4、MgCl2、CaCl2等杂质，除去SO、Mg2＋、Ca2＋等杂质，加入试剂及发生反应如下表所示： 杂质 加入的试剂 反应的离子方程式 Na2SO4 BaCl2溶液 Ba2＋＋SO===BaSO4↓ MgCl2 NaOH溶液 Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ CaCl2 Na2CO3溶液 Ca2＋＋CO===CaCO3↓ (2)粗盐提纯的实验流程 ◆拓展延伸 硫酸工业生产中的“5个三” 1．三原料：含硫矿物(硫黄)、空气、浓硫酸 2．三阶段：SO2的制取与净化、SO2氧化为SO3、SO3的吸收与H2SO4生成 3．三设备：沸腾炉、接触室、吸收塔 4．三净化：除尘、洗涤、干燥 5．三原理：逆流原理、热交换原理、循环利用原理 ◆辨析比较 氧化性酸和酸的氧化性 (1)氧化性酸一般是含氧酸，是指酸中除了氢、氧元素之外的中心元素在化学反应中表现出强氧化性，如浓硫酸与金属或非金属单质反应时，＋6价硫元素被还原为＋4价。常见的氧化性酸有浓硫酸、浓(或稀)硝酸、次氯酸等。 (2)浓硫酸与铜反应中体现了强氧化性和酸性，与木炭的反应中只体现其强氧化性。 (3)酸的氧化性是指酸电离产生的H＋得电子，表现出氧化性。 ◆名师点拨 铝、铁在浓硫酸中的钝化 (1)常温下，Fe、Al在冷的浓硫酸中发生钝化，故常用铁制或铝制槽罐车运输浓硫酸。 (2)钝化并非不发生反应，而是在金属表面生成致密氧化膜，阻止内层金属继续反应。 我的感悟 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆易错警示 SO检验的常见误区及分析 误区 分析 只加BaCl2溶液，不加稀盐酸 可能是Ag＋与Cl－反应生成AgCl沉淀，还可能是CO、SO、PO等与Ba2＋反应生成沉淀 BaCl2溶液与稀盐酸的滴加顺序颠倒 可能是Ag＋与Cl－反应生成了不溶于稀盐酸的AgCl沉淀 先用稀硝酸酸化再加入BaCl2溶液或先用稀盐酸酸化再加入Ba(NO3)2溶液 HNO3具有强氧化性，能将溶液中的SO、HSO氧化成SO 我的感悟 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆名师点拨 分离和提纯物质应遵循的原则 (1)不引入新杂质的原则。如果引入杂质则在后续操作中必须除杂。 (2)不损耗、不减少被提纯物质的原则。 (3)实验操作要简便易行的原则。 (4)加入试剂的顺序要合理的原则。用化学方法除去溶液中的杂质时，要使被分离的物质或离子尽可能除净，需要加入过量的分离试剂，在多步分离过程中，后加的试剂应能够把前面加入的无关物质或离子除去。 ◆名师点拨 粗盐提纯中加入试剂的顺序 (1)必须先加入BaCl2溶液，后加入Na2CO3溶液，Na2CO3用于除去Ca2＋及过量的Ba2＋。 (2)三种除杂试剂都加入后，进行过滤，再向滤液中加入稀盐酸至中性。 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)稀释浓硫酸时，将浓硫酸沿烧杯壁慢慢注入加水的烧杯中，并不断搅拌散热(　　√　　) (2)浓硫酸具有吸水性，故可用于干燥H2S、HI、CO2等气体(　　×　　) (3)将浓硫酸滴到胆矾表面，晶体表面会出现“白斑”，体现浓硫酸的脱水性(　　×　　) (4)向某溶液中滴加BaCl2溶液，再滴加稀盐酸，产生不溶于稀盐酸的白色沉淀，则该溶液中含有SO(　　×　　) 探究一__浓硫酸的特性 2022年5月23日，江西上饶玉山县一辆装有18吨浓硫酸的槽罐车发生泄漏，罐体周边有白色刺鼻的气体不断冒出，泄漏的部分浓硫酸已经开始顺着路边，往地势较低的地方流去。道路边树木及杂草被腐蚀变黑，上面泛起黑色泡沫。消防救援人员穿戴好防护服，在罐体泄漏的下方使用塑料桶收集泄漏的浓硫酸，尽量减少浓硫酸流到路面，对已经泄漏的浓硫酸使用石灰粉进行中和处理，降低对环境的破坏。 [问题设计] (1)道路边树木及杂草为什么变黑？为什么“上面泛起黑色泡沫”？ 提示：浓硫酸具有脱水性，使树木及杂草中有机物脱水炭化；浓硫酸具有强氧化性，能与生成的炭发生氧化还原反应，生成CO2、SO2等气体，产生黑色泡沫。 (2)浓硫酸是难挥发性酸，为什么“罐体周边有白色刺鼻的气体不断冒出”？ 提示：浓硫酸具有强氧化性，能够氧化炭生成二氧化碳，本身被还原为二氧化硫，二氧化硫具有刺激性气味。 (3)消防救援人员使用石灰粉进行中和处理的依据是什么？结合化学方程式予以分析。 提示：CaO是碱性氧化物，可与H2SO4反应生成盐和水：CaO＋H2SO4===CaSO4＋H2O。 (1)浓硫酸的吸水性和脱水性比较 性质 吸水性 脱水性 作用对象 含有水分子或结晶水的物质 一般为含氢、氧元素的有机物，氢和氧按水的组成比脱去 变化类型 物理变化或化学变化 化学变化 能量变化 放热 放热 本质区别 (2)浓硫酸的强氧化性及反应规律 【例1】 (2023·山东师大附中高一期末)在如图所示的实验中，实验进行一段时间后，下列关于实验现象的叙述不正确的是(　　　　　) A．苹果块会变得干瘪 B．胆矾表面有“白斑”生成 C．饱和硝酸钾溶液中有晶体析出 D．pH试纸变红 D　解析：浓硫酸具有吸水性，不断吸收苹果挥发出的水蒸气，使苹果块变得干瘪，A正确；浓硫酸具有吸水性，胆矾失去结晶水，表面有“白斑”生成，B正确；浓硫酸具有吸水性，不断吸收饱和硝酸钾溶液挥发出的水蒸气，使其达到过饱和，有硝酸钾晶体析出，C正确；浓硫酸具有脱水性、强氧化性，使试纸脱水炭化而变黑色，D错误。 解答本题的思路如下： (1)分析实验中苹果、胆矾、饱和硝酸钾溶液、pH试纸中是否含有真实存在的水分。 (2)结合浓硫酸的吸水性和脱水性，判断各选项中实验的变化及原因。 1．(2024·湖北襄阳期中)下列关于浓硫酸的说法正确的是(　　　　　) A．浓硫酸使蓝色胆矾变白体现了脱水性 B．浓硫酸不能干燥SO2、HI、H2S等强还原性化合物 C．蔗糖和浓硫酸的“黑面包”实验中，浓硫酸主要体现了脱水性和强氧化性 D．浓硫酸和碳单质在加热条件下反应，反应中浓硫酸既体现出酸性，又体现出氧化性 C　解析：浓硫酸使蓝色胆矾即五水硫酸铜变白体现了吸水性，A错误；浓硫酸不能干燥HI、H2S等强还原性化合物，但可以干燥SO2，B错误；蔗糖和浓硫酸的“黑面包”实验中，蔗糖变黑并有气体生成，浓硫酸主要体现了脱水性和强氧化性，C正确；浓硫酸和碳单质在加热条件下反应生成二氧化碳、二氧化硫、水，反应中浓硫酸只体现氧化性，D错误。探究二__硫酸根离子(SO)的检验 亚硫酸钠(Na2SO3)主要用作人造纤维稳定剂、织物漂白剂、照相显影剂、染漂脱氧剂、香料和染料还原剂、造纸木质素脱除剂等。Na2SO3也是一种食品添加剂，用作防腐剂、漂白剂等。Na2SO3具有强还原性，在空气中易被O2氧化生成Na2SO4。 [问题设计] (1)提供试剂：BaCl2溶液、稀盐酸、NaOH溶液、稀硫酸，请设计实验方案检验某食品级亚硫酸钠样品是否发生氧化变质。 提示：取少量亚硫酸钠粉末于试管中，加入蒸馏水溶解，加入足量稀盐酸酸化，再滴加BaCl2溶液，若产生白色沉淀，证明Na2SO3被氧化变质，若不产生沉淀，则未变质。 (2)写出上述设计方案中发生反应的离子方程式。 提示：SO＋2H＋===SO2↑＋H2O；Ba2＋＋SO===BaSO4↓。 (1)检验硫酸根离子(SO)的实验原理及操作 (2)实验操作的注意事项 【例2】 (2023·鄂州高一期末)已知稀硝酸具有强氧化性，Na2SO3在空气中易被氧化为Na2SO4。现有一包装破损的Na2SO3白色固体粉末，为了检验其是否变质，正确的方法是(　　　　　) A．取少量样品于试管中，滴入足量稀盐酸，无沉淀，再滴入BaCl2溶液，若有白色沉淀产生，则说明已变质 B．取少量样品于试管中，滴入足量稀硝酸，再滴入BaCl2溶液，若有白色沉淀产生，则说明已变质 C．取少量样品于试管中，滴入足量稀硫酸，再滴入BaCl2溶液，若有白色沉淀产生，则说明已变质 D．取少量样品于试管中，滴入足量稀盐酸，若产生使品红溶液褪色的气体，则说明已变质 A　解析：先滴入足量稀盐酸，把Na2SO3反应掉，再滴入BaCl2溶液，若有白色沉淀产生，则沉淀一定是BaSO4，从而证明样品已经变质，A正确；稀硝酸具有强氧化性，即使样品没有变质也会被硝酸氧化成Na2SO4，B错误；若先滴入足量稀硫酸会引入SO，再滴入BaCl2溶液，一定会产生BaSO4沉淀，C错误；滴入足量稀盐酸，产生使品红溶液褪色的气体，说明一定含有Na2SO3，但无法说明是否已经变质，D错误。 [深度思考]例2中，若先加入BaCl2溶液，后加入足量稀盐酸，能否达到预期实验目的？为什么？ 提示：能；加入BaCl2溶液，Na2SO3、Na2SO4分别生成白色沉淀BaSO3、BaSO4，再加入足量稀盐酸，BaSO3与HCl反应生成BaCl2而溶解，BaSO4则不溶解。 2．下列关于物质或离子检验的叙述正确的是(　　　　　) A．在溶液中滴加KSCN溶液，溶液显红色，证明原溶液中有Fe3＋，无Fe2＋ B．在溶液中先加盐酸无现象，再加BaCl2溶液，产生白色沉淀，证明原溶液中含SO C．灼烧白色粉末，火焰呈黄色，证明原粉末中有Na＋，无K＋ D．某气体可使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，证明该气体是Cl2 B　解析：待测液中滴加KSCN溶液，溶液显红色，证明原溶液中有Fe3＋，不能判断是否含有Fe2＋，A错误；待测液中滴加盐酸无现象，则不含CO、SO或Ag＋，再加BaCl2溶液，产生白色沉淀，证明原溶液中含SO，B正确；灼烧白色粉末，火焰呈黄色，证明原粉末中有Na＋，由于未透过蓝色钴玻璃观察火焰颜色，不能确定是否含有K＋，C错误；使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体具有较强的氧化性，可能是Cl2、Br2(g)、NO2等，不能证明该气体是Cl2，D错误。 1．(2024·浙江绍兴会稽联盟期中)硫酸的分子式是(　　　　　) A．H2SO4 B．H2S C．H2SO3 D．H2S2O3 A　解析：硫酸中硫的化合价为＋6，H2SO4、H2S、H2SO3、H2S2O3中硫元素的硫化合价分别为＋6、－2、＋4、＋2，A正确。 2．(2023·青岛高一期末)下列有关浓硫酸的说法正确的是(　　　　　) A．常温下，浓硫酸可用铝制容器储存，说明铝与浓硫酸不反应 B．浓硫酸中加入红热的炭块，产生的气体中有两种酸性氧化物 C．浓硫酸可用于Cl2、SO2、NH3的干燥，体现了浓硫酸的吸水性 D．分别向胆矾和滤纸表面滴加浓硫酸，胆矾变白，滤纸变黑，均体现浓硫酸的脱水性 B　解析：常温下，浓硫酸可以用铝制容器储存，原因是在常温下，铝遇浓硫酸发生钝化，在铝的表面生成致密氧化物薄膜，阻止了铝与浓硫酸的反应，A错误；浓硫酸中加入红热的炭块，发生反应的化学方程式为2H2SO4(浓)＋CCO2↑＋2SO2↑＋2H2O，产生SO2和CO2两种酸性氧化物，B正确；NH3可以与浓硫酸反应，生成硫酸铵，故浓硫酸不可用于NH3的干燥，C错误；向胆矾表面滴加浓硫酸，胆矾变白，原因是浓硫酸吸走了胆矾中的结晶水，体现了浓硫酸的吸水性，D错误。 3．为从粗食盐中除去Ca2＋、Mg2＋、SO等，以制得精盐。某同学设计如下方案： 以下说法正确的是(　　　　　) A．A中只有Mg(OH)2和BaSO4，②中加入过量Na2CO3溶液的主要目的是除去Mg2＋、Ca2＋ B．D中只有CO、Cl－、Na＋3种离子，③中发生的反应只有2H＋＋CO===H2O＋CO2↑ C．将精盐水倒入蒸发皿中，用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断搅拌，直至将滤液蒸干 D．蒸发结晶后，用预热过的坩埚钳将蒸发皿夹持到陶土网上冷却得到精盐 D　解析：向粗食盐水中加入过量氢氧化钡溶液可以除去SO、Mg2＋和部分Ca2＋，过滤后得到滤液，加入过量碳酸钠溶液，可以除去Ba2＋、Ca2＋，过滤后，向滤液中加入适量盐酸除去CO、OH－。A中含有Mg(OH)2、BaSO4和少量Ca(OH)2，②中加入过量Na2CO3溶液的主要目的是除去Ba2＋、Ca2＋，A错误；D中含有的离子有CO、Cl－、Na＋、OH－，③中发生的反应有H＋＋OH－===H2O、2H＋＋CO===H2O＋CO2↑，B错误；将精盐水倒入蒸发皿中，用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断搅拌，当蒸发皿中出现较多固体时，应停止加热，利用余热将滤液蒸干，C错误；蒸发结晶后，蒸发皿温度较高，应用预热过的坩埚钳将蒸发皿夹持到陶土网上冷却，从而得到精盐，D正确。 4．工业上用黄铁矿(FeS2)为原料制备硫酸的流程如下：黄铁矿(FeS2)SO2 气体B 硫酸。关于工业制硫酸的说法不正确的是(　　　　　) A．煅烧时FeS2发生氧化反应 B．A可以是空气 C．步骤②产物中有SO3 D．步骤③发生了氧化还原反应 D　解析：煅烧时FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2，FeS2发生氧化反应，A正确；气体必须提供氧元素，且作氧化剂，可以是空气，B正确；步骤②中，SO2催化氧化，生成主产物SO3，C正确；步骤③中，SO3与H2O反应生成H2SO4，发生非氧化还原反应，D错误。 5．(2023·嘉兴高一期末)浓硫酸与木炭在加热条件下可发生化学反应，为检验反应的部分产物，某同学设计了如下图所示的实验。请据此回答下列问题： (1)设备Ⅰ的仪器名称是________。 (2)设备Ⅱ中盛放的试剂是______________，该试剂的作用是____________________。 (3)浓硫酸与木炭反应的化学方程式是________________________________。 (4)证明产物中含有CO2的实验现象是________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)圆底烧瓶 (2)酸性高锰酸钾溶液　除去混合气体中的SO2 (3)C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O (4)酸性高锰酸钾溶液未完全褪色，澄清石灰水变浑浊 解析：木炭与浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫和水。品红溶液褪色可以证明二氧化硫的生成，因二氧化碳和二氧化硫均能使澄清石灰水变浑浊，故Ⅱ中应为酸性高锰酸钾溶液，目的是除去混合气体中的SO2，酸性高锰酸钾溶液未完全褪色，澄清石灰水变浑浊可以证明二氧化碳的生成。 (1)设备Ⅰ的仪器名称是圆底烧瓶； (2)设备Ⅱ中盛放的试剂是酸性高锰酸钾溶液，目的是除去混合气体中的SO2； (3)浓硫酸与木炭反应的化学方程式是C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O； (4)二氧化碳与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀，故证明产物中含有CO2的实验现象是酸性高锰酸钾溶液未完全褪色，澄清石灰水变浑浊。 [课时梯级训练(2)见P155] 学科网（北京）股份有限公司 $$