第十四讲 硫酸 硫酸盐 课件-2027届高三化学一轮复习
|
42页
|
52人阅读
|
0人下载
普通
内容正文:
第二章 物质及其变化
第14讲——知识点 硫酸 硫酸盐
新人教版 高中化学 2027届 一轮复习
一、硫酸及其工业制法
1、物理性质
(1)纯硫酸是一种______色_______液体,沸点______(沸点338℃,高沸点酸能用于制备低沸点酸), ______挥发;98%的浓硫酸的密度为1.84g/cm3,物质的量浓度为18.4mol/L。
(2)溶解性:浓硫酸与水以_________混溶,溶解时可放出__________ 。
(3)稀释方法: ______________________________________________
无
油状
高
难
任意比
大量热
将浓硫酸沿器壁慢慢注入水中并不断搅拌
98%硫酸通常指质量分数,即100g该硫酸溶液中含98g纯硫酸、2g水
考点一 硫酸性质及应用
(4)H2SO4溶液的特点: 浓度越大,密度越大,且密度大于1g/cm3
2
2、稀硫酸
H2SO4=2H+ +SO42-
二元强酸,具有酸的通性。
① 遇紫色石蕊试液变红
一、硫酸及其工业制法
考点一 硫酸性质及应用
②与活泼金属(如Zn、Fe)反应生成盐和氢气,
例,与Zn:Zn+2H+ = Zn2++H2↑
③与金属氧化物(如CuO、Fe₂O₃)反应生成盐和水,
例,与CuO:CuO+2H+ = Cu2++H2O
④与碱发生中和反应生成盐和水,
例,与Cu(OH)2:Cu(OH)2 +2H+=Cu2++2H2O
⑤ 与某些盐(如碳酸盐、银盐)反应生成新酸和新盐,
例,与碳酸钠:CO₃²⁻ + 2H⁺ = CO₂↑ + H₂O
3
3、浓硫酸
浓硫酸的三大特性:吸水性、脱水性、强氧化性
(1)吸水性:
② 将硫酸铜晶体投入浓硫酸中,有何现象?
吸收现成的水
① 敞口放置的浓硫酸,其质量会______,浓度会______。
增加
减小
水蒸气
结晶水合物中的结晶水
CuSO4·5H2O====CuSO4+5H2O
浓硫酸
蓝色晶体变白
一、硫酸及其工业制法
考点一 硫酸性质及应用
+H2O
CH3—C—O—C2H5
O
=
CH3-C-OH
O
=
+ H-O-C2H5
浓硫酸
催化剂和吸水性
酯化反应:
4
一、硫酸
③ 应用:可作干燥剂
可用来干燥:
中性气体:H2、O2、CO、CH4、NO等
酸性气体:HCl、 Cl2、CO2、 SO2等
不能干燥:
碱性气体:NH3
还原性气体:H2S、HBr、HI
气态SO3 会被浓硫酸吸收
SO3+H2O H2SO3
无中间价态
SO3极易溶于水
考点一 硫酸性质及应用
5
一、硫酸
(2)脱水性:物质本身不含水,但组成中含H、O元素的物质(如有机物),将有机物中H、O按水的组成比(2:1)脱去,生成碳(或含碳化合物)。
① 浓硫酸使木屑、棉花、纸屑等炭化
② 浓硫酸与蔗糖反应
实验现象: 白糖变成“黑面包”
并产生刺激性气味的气体
C12H22O11
浓硫酸
12C + 11H2O
蔗糖
2H2SO4(浓)+ C == CO2↑ + 2SO2↑+ 2H2O
(脱水性)
(强氧化性)
考点一 硫酸性质及应用
6
(3) 强氧化性
① 氧化非金属单质
浓硫酸体现强氧化性。
非金属元素被氧化到它的最高价含氧酸
浓硫酸与非金属反应的规律:
一、硫酸及其工业制法
2 P+ 5 H2SO4(浓) 2 H3PO4+5 SO2↑+2 H2O
+5
C + 2 H2SO4(浓) 2 SO2 ↑+ CO2↑+ 2 H2O
+4
2 H2SO4(浓) + S 2 H2O+ 3 SO2↑
+4
考点一 硫酸性质及应用
② 氧化金属单质:除金、铂外的所有金属,且变价金属氧化到最高价。
常温下,浓硫酸能使铁、铝等金属表面生成一层致密的氧化物保护膜,阻止内部金属继续跟硫酸起反应。此现象称 “钝化”。
注意: 钝化并不是不反应, 仍然发生了氧化还原反应
7
2Fe + 6H2SO4(浓)
Fe2(SO4)3+ 3SO2↑+ 6H2O
Fe+H2SO4(稀) =FeSO4+H2↑
2Al + 6H2SO4(浓)
3Al2(SO4)3+ 6SO2↑+ H2O
+3
2Al+3H2SO4(稀) =Al2 (SO4) 3+3H2↑
规律:氧化金属单质时,浓硫酸均一半酸性,一半氧化性
一、硫酸及其工业制法
+3
考点一 硫酸性质及应用
区别
浓H2SO4: 主要以H2SO4分子存在, 其中S处于最高价具有强氧化性
稀H2SO4: 以H+、SO42— 形式存在,H+具有酸性和弱氧化性,SO42-很稳定
+6
(1)较活泼金属(如Zn),开始产生SO2,浓度变小产生H2。
(2)不活泼金属(如Cu),开始产生SO2(加热),浓度变小后,稀H2SO4不再与Cu反应。
知识梳理
【思考】为什么浓硫酸有强氧化性,而稀硫酸中的硫酸根离子没有强氧化性?
硫酸是不对称分子,其H的体积很小,具有强烈的极化作用而使羟基O的电子云变形并钻入其中,中和羟基O的部分负电荷,使羟基O与中心原子+6价S的结合力减弱,从而破坏了硫酸分子的稳定性,使得+6价S易接受外来的电子而被还原。
硫酸根离子(SO₄²⁻)呈正四面体结构,S原子被四个O原子均匀包围,形成稳定的共价键网络。这种对称结构使S原子难以直接与还原剂接触,且S-O键键能较大,不易断裂。此外,硫酸根离子在水溶液中高度水合,进一步稳定了其结构,使其难以失去电子被还原,因此氧化性很弱。
③强氧化性
③氧化还原性物质:(Fe2+\I- \ Br- \ S2- 等)
写出下列反应方程式
H2S + H2SO4(浓) —
S↓+ SO2↑ + 2H2O
—
HI + H2SO4(浓) —
2
I2 + SO2↑ + 2H2O
—
—
HBr+H2SO4(浓) —
2
Br2+SO2↑+2H2O
实验室制备HBr、HI,用浓H3PO4
高沸点酸制低沸点酸
浓硫酸不能干燥
H2S HBr HI
考点一 硫酸性质及应用
3NaI(s) + H3PO4(浓)== Na3PO4 + 3HI↑
可用硫酸制取的气体
(1)用浓硫酸制取的气体
浓H2SO4
(2)用稀硫酸制取的气体
Zn + H2SO4 —— H2↑ FeS + H2SO4 —— H2S↑
总结
CaF2 + H2SO4 (浓)—— HF↑
NaCl + H2SO4 (浓)—— HCl↑
NaCl + MnO2 + H2SO4(浓)—— Cl2↑
NaNO3 + H2SO4(浓)—— HNO3↑
C2H5OH
Na2SO3 + H2SO4(70%) —— SO2↑
C2H4↑
考点一 硫酸性质及应用
实验现象:
铜溶解,表面产生黑色固体,溶液中有灰白色固体生成,产生的气体能使品红溶液褪色(或石蕊试液变红色) 。溶液冷却后稀释变为蓝色。
一、硫酸及其工业制法
Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+ 2H2O
【注意】
①黑色固体:浓H₂SO₄局部浓度下降时,Cu先被氧化为CuO(黑色固体),后续CuO与剩余浓H₂SO₄发生复分解反应:CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O,最终CuO溶解生成CuSO₄。
②灰白色固体:反应生成的CuSO₄在浓H₂SO₄中溶解度极低(浓硫酸吸水性强,水分少),以无水CuSO₄
固体形式析出(无水CuSO₄为白色,因混有少量杂质显灰白色)。
③溶液冷却后稀释应酸(浓硫酸)入水。
考点一 硫酸性质及应用
3. 用途
硫酸的消费量被视为一个国家无机工业发展水平的标志
(1)消除金属表面的__________
(2)用于精炼石油,制造炸药、农药、染料等,是实验室里常用的试剂
(3)制取________、硫酸盐、___________酸
化肥
挥发性
氧化物
H2SO4(浓)+NaCl = NaHSO4+HCl↑ CaF2+H2SO4 = CaSO4+2HF↑
一、硫酸及其工业制法
考点一 硫酸性质及应用
沸腾炉
造气(制SO2)
净化、干燥
接触室400~500℃
常压、催化剂
吸收塔
稀释室
贮存室
SO3
SO2、O2
发烟硫酸
98.3%硫酸
98.3%硫酸
水
工业制硫酸的主要流程 “接触法制硫酸”
考点一 硫酸性质及应用
4. 工业制备
4. 工业制备
S + O2 === SO2
点燃
4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2
高温
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
加 热
SO3 + H2O === H2SO4
第一步:
第二步:
第三步:
(造气)
(催化氧化)
(吸收)
一、硫酸及其工业制法
SO₃与水反应剧烈放热,会形成酸雾(SO₃·nH₂O),难以被水充分吸收;腐蚀设备
而浓硫酸可与SO₃形成稳定的发烟硫酸(H₂SO₄·nSO₃),无酸雾生成,吸收效率极高。
考点一 硫酸性质及应用
△H=-196.6KJ/mol
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
催化剂
△
使用催化剂
低温
高压
反应条件:
理论需要:
压强
温度
催化剂
浓度
①增大c(O2)
②减小c(SO3)
虽然温度较低对提高SO2的转化率有利,但温度较低时:①催化剂活性不高;②反应速率低。注意: 生产中反应温度的选择还要考虑该温度下催化剂的活性。
根据平衡移动原理,加压对提高SO2的转化率有利,但在400~500℃时,常压下SO2的转化率已经很高,加压对设备的要求高,会增大投资和能量消耗。应选择压强:常压(1atm )
实际应用:
400℃∽500℃
常压
使用V2O5作催化剂
(同上)
一、硫酸及其工业制法
考点一 硫酸性质及应用
硫酸工业生产的三个主要设备
SO2
O2
“接触法制硫酸”
因反应物在催化剂表面接触时发生氧化反应,所以称之为
沸腾炉
接触室
吸收塔
炉气的成分: SO2、O2、N2、水蒸气、砷(As)、硒(Se)等的化合物和矿尘等
考点一 硫酸性质及应用
2.硫酸的工业制法
(2)常考问题
①SO2进入催化反应室前净化、干燥的目的是_
_________________________________
_________________________________
________________________________________。
②工业生产SO2采用常压的原因:__________________________________________________。
③用98.3%的浓硫酸吸收SO3而不用水的原因:___________________________。
④可循环利用的物质: 。
混合气中除含有二氧化硫外,还含有多种杂质。这些杂质有的使催化剂中毒、失效,有的对反应设备有腐蚀作用,所以必须净化处理
常压下SO2的转化率已经很大,高压下SO2转化率提高不多,但成本大大增加
用水吸收SO3会产生大量酸雾
2SO2+O2 2SO3
SO2 、O2、浓硫酸、通过废热锅炉回收能量,余热利用率达90-95%
二、
1. SO42-的检验
1、试剂:稀盐酸、氯化钡溶液
2、操作方法:
待测液
+稀盐酸
取清液
+ BaCl2溶液
产生白色沉淀,
则原溶液中含SO42-
排除CO32-、SO32-、Ag+等干扰
考点二 SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
注意:不能用HNO3酸化,SO32-、HSO3-等会被氧化为SO42-
CO32-+2H+==CO2↑+H2O
SO32-+2H+==SO2↑+H2O
Ag++Cl-==AgCl↓
Ba2++SO42-==BaSO4↓。
19
1)试剂: 稀H2SO4和品红溶液
2)原理:
SO32-+2H+= H2O+SO2↑
SO2气体能使品红溶液褪色
注意:干扰性离子
2. SO32-的检验
加入BaCl2溶液生成白色沉淀
方法一:
方法二:
SO32-+Ba2+=BaSO3↓
BaSO3 +2H+=SO2↑+ Ba2++H2O
加入盐酸,沉淀溶解并产生有刺激性气味的气体。
二、SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
HSO₃⁻ + H⁺ = SO₂↑ + H₂O
酸性:H₂SO₄>H₂SO₃>H₂CO₃
二元弱酸
考点二 SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
4. 有一瓶Na2SO3溶液 , 试设计实验探究Na2SO3的氧化程度。
答案:取样品溶液于试管中 , 加入过量BaCl2溶液 , 过滤 , 然后向沉淀中滴入过量稀盐酸。
→若沉淀→若沉淀全部溶解,则Na2SO3未被氧化。
→若沉淀部分溶解,则Na2SO3部分被氧化。
一点也不溶解,则Na2SO3全部被氧化。
考点二 SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
二、SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
① 石膏(生石膏):CaSO4•2H2O
② 熟石膏:2CaSO4•H2O 制模型
③ 皓矾:ZnSO4•7H2O
④ 明矾:KAl(SO4)2•12H2O 净化水
⑤ 绿矾:FeSO4•7H2O
⑥ 胆矾、蓝矾:CuSO4•5H2O
⑦ 重晶石:BaSO4
可调节水泥凝结时间
⑧ 芒硝:Na2SO4•10H2O
不溶于水和酸,且不易被 X 射线透过,用作消化系统 X 射线检查的内服药剂,即“钡餐”;白色颜料
3. 常见的硫酸盐
考点二 SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
2CaSO4·H2O+3H2O===2(CaSO4·2H2O)
硫酸盐的溶解性 难溶:BaSO4、PbSO4 微溶:CaSO4、Ag2SO4
工业上生产胆矾时,一般不用铜和浓硫酸反应,而是先把铜在空中灼烧后,再与稀硫酸反应,目的是节约原料和防止污染。
五类硫的含氧酸
正
焦
过
代
连
正酸
系列
焦酸系列
过硫酸
硫代
硫酸
连酸系列
硫酸、亚硫酸、次硫酸
由两分子酸失去一分子水形成的化合物
分子中含有一个过氧键基本单元的化合物
分子中的一个氧原子被其硫原子取代后形成的化合物
含几个硫原子通过单键相结合的基本单元
【补充】常见的含硫化合物
4. 多硫含氧酸盐:
1.硫代硫酸钠(Na2S2O3),
(1)物理性质:Na2S2O3·5H2O ,俗名大苏打、海波,它是无色透明的晶体,易溶于水。
(2)化学性质
(1)与酸反应生成单质硫, 放出SO2气体, 离子方程:_____________________。
(2)Na2S2O3是中等强度的还原剂,能被I2、Cl2、KMnO4等氧化剂氧化,反应的化学方程式分别为:①_____________________________,此反应用于定量测定碘。
②Na2S2O3+4Cl2+5H2O===Na2SO4+H2SO4+8HCl,此反应在纺织和造纸工业上作脱氯剂。
2Na2S2O3+I2==Na2S4O6+2NaI
S2O32-+2H+==S↓+SO2↑+H2O
考点二 SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
③5Na2S2O3+8KMnO4+7H2SO4===8MnSO4+5Na2SO4+4K2SO4+7H2O。
③可与一些金属形成稳定的配离子,如)2]3-
(3)制备
①硫化碱法,即Na2S和Na2CO3以物质的量之比为2∶1配成溶液,然后通入SO2,发生的反应为2Na2S+Na2CO3+4SO2===3Na2SO3+CO2。
②亚硫酸钠法:即使沸腾的Na2SO3溶液同硫粉反应,其反应方程式Na2SO3+SNa2S2O3。
考点二 SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
2.过二硫酸钠(Na2S2O8)
过二硫酸钠中S为 价,其阴离子 结构中含有1个过氧键(—O—O—),性质与过氧化氢相似,具有氧化性。过二硫酸钠不稳定,受热分解生成 、 和 。
3.连二亚硫酸钠(Na2S2O4)
俗称保险粉,能溶于冷水,在热水中分解,不溶于乙醇。
(1)还原性:其水溶液性质不稳定,有极强的还原性,能将I2、Cu2+、Ag+还原。暴露于空气中易吸收氧气而变质,在空气分析中常用来吸收空气中的氧气:2Na2S2O4+O2+2H2O===4NaHSO3或Na2S2O4+O2+H2O===NaHSO3+NaHSO4。
(2)制备:在无氧条件下,用锌粉还原亚硫酸氢钠可制得连二亚硫酸钠。
+6
Na2SO4
SO3
O2
考点二 SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
4.多硫含氧酸盐:
26
4.过二硫酸钠(Na2S2O8)
Na2S2O8中看表现S元素的化合价好像为+7价,实质上S的化合价依然是+6价,其阴离子结构中含过氧键,其中2个O原子为-1价,其余6个O原子为-2价。
(1)不稳定性:受热分解
2Na2S2O82Na2SO4+2SO3↑+O2↑。
(2)氧化性:Na2S2O8中S元素的化合价是+6价,其阴离子结构中含有1个过氧键(—O—O—),性质与过氧化氢相似,具有氧化性。所以Na2S2O8是一种强氧化剂。例如
+8H2O
+I2。
4.焦亚硫酸钠(Na2S2O5)
白色或微黄结晶粉末,溶于水、甘油,微溶于乙醇。露置在空气中易被氧化成硫酸钠,与强酸接触放出二氧化硫而生成相应的盐类:Na2S2O5+2HCl===2NaCl+2SO2↑+H2O。 S元素的化合价为+4价,具有强还原性,如Na2S2O5+2I2+3H2O===2NaHSO4+4HI。加热到150 ℃分解,通常用NaHSO3过饱和溶液结晶脱水制得,化学方程式____________________________
2NaHSO3===Na2S2O5+H2O。
考点二 SO42-的检验 硫的复杂含氧酸盐
(1)物理性质:
无色无味油状液体、沸点高(难挥发)、易溶于水(溶于水放热)
表现 用途
铁罐或铝罐运输浓硫酸
对比还原性:HI>HBr>HCl
高沸点酸制低沸点酸制备易挥发性酸(HF、HCl等)
强酸制弱酸——实验室制SO2
①吸水性
干燥剂
氧化非金属
竹器上作画
③强氧化性
氧化金属
②脱水性
常温下Fe、Al在浓硫酸中钝化
H2SO4(浓) + nH2O== H2SO4 ·nH2O
与还原性化合物反应
(2)特殊性质:
④高沸点难挥发性
⑤强酸性
HCl+H2SO4(浓)==不反应
课堂小结
作者 (A) -
D
学习评价
学习评价
D
学习评价
C
核心知识梳理
1.理清硫元素的化合价与氧化性、还原性之间的关系
考点三 硫及其化合物的相互转化
例如:+4价硫的化合物之间的转化
2.相同价态的含硫物质间的转化: 通过酸、碱反应实现的。
写出②、③、④反应的化学方程式:
② ;
③ ;
④ 。
H2SO3+2NaOH===Na2SO3+2H2O
Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑
SO2+Na2SO3+H2O===2NaHSO3
考点三 硫及其化合物的相互转化
例如:-2价硫的化合物之间的转化
①写出硫氢化钠(NaHS)与NaOH反应的离子方程式:_______________。
②写出NaHS与HCl反应的离子方程式:___________________。
HS-+OH-=H2O+S2-
HS-+H+=H2S↑
2.相同价态的含硫物质间的转化: 通过酸、碱反应实现的。
考点三 硫及其化合物的相互转化
3.不同价态硫的转化是通过氧化还原反应实现的。
S S S S
-2 0 +4 +6
低价态 高价态
加氧化剂
加还原剂
H2S
FeS
S
SO2
H2SO3
H2SO4
考点三 硫及其化合物的相互转化
(2)不同价态硫的转化是通过氧化还原反应实现的。
①当硫元素的化合价升高或降低时,一般升高或降低到其相邻的价态,即台阶式升降,可用上图表示
如:含硫物质的连续氧化
足量O2
H2S
S
SO2
H2SO4
SO3
O2
O2
O2
O2
考点三 硫及其化合物的相互转化
2.掌握硫及其化合物之间的转化规律
②当硫元素的高价态物质与低价态物质间反应时,一般生成中间价态物质,即发生归中反应,化合价只靠近不交叉。
遵循“高价+低价→中间价”
╳
考点三 硫及其化合物的相互转化
③中间价态含硫物质发生氧化还原反应时化合价有升又有降,即发生歧化反应。
④相邻价态的含硫物质间不发生氧化还原反应
如S和H2S、S和SO2、SO2和浓H2SO4之间不发生氧化还原反应。
如:3S+6NaOH(浓)==2Na2S+Na2SO3+3H2O
0
-2
+4
3.硫及其重要化合物的转化关系
例题3、X为下列各选项物质,X不能满足如图转化关系的是( )
A.H2S B.N2 C.S D.NH3
【思考】中学阶段常见的符合 转化关系
IA
IVA
VA
VIA
【答案】B
【答案】D
S2O
$