3.2.2 硫酸　酸雨及其防治 学案（含解析） 2023-2024学年高一上学期化学鲁科版（2019）必修第一册

第3章 物质的性质与转化
第2节 硫的转化
第2课时 硫酸 酸雨及其防治
学习目标
1.了解硫酸的主要性质。
2．了解酸雨的形成、危害与防治，提高环保意识。
3．能从物质类别和元素价态变化的角度认识物质及其转化，并了解在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。
知识梳理
一、硫酸的性质及应用
1．物理性质
纯硫酸是无色、黏稠、 挥发的油状液体，稀释时 大量热。
2．化学性质
(1)稀硫酸
在稀硫酸中H2SO4===2H＋＋SO，硫酸是一种二元强酸，具有酸的通性，能与酸碱指示剂变色，与活泼金属、碱性氧化物、碱、盐等物质发生反应。
(2)浓硫酸
①强氧化性
②吸水性：浓硫酸具有很强的吸水性，可用作 。
③脱水性：浓硫酸能将物质(一般为有机物)中的氢、氧原子按 的比例脱出生成H2O。
3．SO的检验
被检液无现象有无白色沉淀(判断有无SO)。
警示：(1)先加入盐酸排除杂质离子的干扰
①Ag＋、Pb2＋干扰：盐酸酸化能防止Ag＋干扰，因为Ag＋＋Cl－===AgCl↓。
②CO、SO、PO干扰：因为BaCO3、BaSO3、Ba3(PO4)2也是白色沉淀，与BaSO4白色沉淀所不同的是这些沉淀能溶于强酸中(如BaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ba2＋)。因此检验SO时，必须用强酸酸化(一般用盐酸而不能用HNO3酸化)。
(2)正确选择钡盐
所用钡盐不能是Ba(NO3)2溶液，一般用BaCl2溶液，因为在酸性条件下，SO、HSO等会被溶液中的NO氧化为SO，从而得出错误的结论。
4．主要应用
硫酸既是化学实验的重要试剂，也是重要的工业原料，常用于制造化肥、农药、炸药、燃料等，还用于石油精炼和金属加工等。
[互动探究]
浓硫酸具有强氧化性，稀硫酸也具有氧化性，二者的氧化性有何不同？
[归纳升华]
浓硫酸强氧化性的多角度剖析
(1)使Fe、Al钝化：常温下，Fe、Al遇到浓H2SO4表面会生成一层致密的氧化膜而出现“钝化”现象。“钝化”不是不反应，而是生成的致密氧化膜阻止了金属与浓硫酸继续反应。在加热条件下，Fe、Al与浓硫酸会发生反应，如2Fe(少量)＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O。
(2)与氢之前的活泼金属反应： 如Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O。
规律：①浓H2SO4既表现氧化性，又表现酸性；②浓H2SO4一旦变稀，反应就转化为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。
(3)与氢之后的不活泼金属(除Au、Pt外)反应： Cu＋2H2SO4(浓)△,CuSO4＋SO2↑＋2H2O。
规律：①反应需加热；②氧化产物是硫酸盐，金属显高价，还原产物为SO2；③浓H2SO4既表现氧化性，又表现酸性；④随反应进行，H2SO4浓度变小，一旦变为稀H2SO4，反应就会停止。
(4)与非金属反应：如C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。
规律：①反应要加热；②氧化产物是最高价的氧化物(或对应酸)，还原产物为SO2；③浓H2SO4只表现氧化性；④随反应进行，H2SO4浓度变小，一旦变为稀H2SO4，反应就停止；⑤能氧化碳、硫、磷等，不能氧化H2、N2、O2、Si、Cl2、F2、Br2等。
[即时训练]
角度一　稀硫酸的性质
1．下列物质的变化中，加入稀硫酸不能一步实现的是(　　)
A．Zn―→ZnSO4 B．CuO―→CuSO4
C．块状大理石―→制取大量CO2 D．Ba(OH)2―→BaSO4
角度二　浓硫酸的三大特性
2．下列事实与原因对应关系正确的是(　　)
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．浓H2SO4滴在纸上，使纸变黑——浓硫酸具有脱水性
C．浓硫酸与蔗糖作用有海绵状的炭生成——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
【方法技能】
吸水性和脱水性的根本区别：物质本身是否存在水分子
角度三　浓硫酸与金属反应的“量变”到“质变”
3．50 mL物质的量浓度为18 mol·L－1的硫酸中加入足量铜片并加热，充分反应。下列有关说法中正确的是(　　)
A．有0.9 mol的硫酸被还原
B．有0.45 mol的硫酸被还原
C．充分反应后体系中无硫酸剩余
D．消耗铜的物质的量一定少于0.45 mol
【方法技能】
“量变”到“质变”的“两反应”： MnO2与浓盐酸的反应；Cu与浓硫酸的反应
角度四　硫酸根离子的检验
4．下述实验方案能够确定溶液中一定含有SO的事实是(　　)
A．取少量试样溶液，加入用盐酸酸化的BaCl2溶液，有白色沉淀生成
B．取少量试样溶液，先加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，再加稀HNO3，沉淀不溶解
C．取少量试样溶液，加入Ba(NO3)2溶液，有白色沉淀生成
D．取少量试样溶液，先加入足量盐酸无沉淀，再加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成
二、酸雨及其形成
1．SO2的来源
的燃烧及含硫矿石的冶炼等。
2．硫酸型酸雨的形成原理
途径一：2SO2＋O22SO3，SO3＋H2O===H2SO4，
途径二：SO2＋H2O??H2SO3,2H2SO3＋O2===2H2SO4。
3．酸雨的危害
湖泊 、土壤贫瘠、森林死亡、腐蚀建筑物、饮用水中 元素含量增加等。
4．酸雨的防治措施
(1)利用物理和化学方法对含硫燃料进行脱硫，控制 气体的排放。
(2)改变 结构，开发新能源，消除SO2污染。
想一想：
为什么pH＜5.6的雨水才是酸雨？
[即时训练]
硫酸型酸雨的形成原理可简化表示如下：
回答下列问题：
(1)A物质的化学式_________，B物质的化学式_________。
(2)根据SO2的性质，可让工厂的烟道气通过_____________________除去SO2，达到减少污染的目的。
(3)现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：
测试时间/h 0 1 2 3 4
雨水的pH 4.73 4.62 4 .56 4.55 4.55
注　溶液的pH越大，H＋的物质的量浓度就越小。
①雨水样品的pH变化的原因是_________________________________(用化学方程式表示)。
②如果将刚取样的上述雨水和用氯气消毒的自来水相混合，pH将_________(填“增大”“减小”或“不变”)，原因是(用化学方程式表示)：____________________________________________。
(4)你认为减少酸雨产生可采用的措施是_________(填序号)。
①少用煤做燃料；②把工厂烟囱造高；③燃料脱硫；④在已酸化的土壤中加石灰；⑤开发新能源
【方法技能】
SO2的吸收方法
碱液吸收法 SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O
2NH3＋H2O＋SO2===(NH4)2SO3
氧化剂吸收法 SO2→H2SO4
学习小结
1．稀硫酸的“一通性”：能与酸碱指示剂变色，与活泼金属、碱性氧化物、碱、盐等物质发生反应。
2．浓硫酸的“三特性”：强氧化性、吸水性、脱水性。
3．硫酸型酸雨形成的“两途径”SO2―→SO3―→H2SO4和SO2―→H2SO3―→H2SO4。
当堂检测
1．空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是(　　)
A．推广使用燃煤脱硫技术，防治SO2污染
B．实施绿化工程，防止扬尘污染
C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染
D．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量
2．将浓硫酸与下列物质作用时，既表现氧化性，又表现酸性的是(　　)
①红热的木炭　②H2S气体　③Cu　④FeO　⑤NH3　⑥使木材炭化　⑦CuSO4·5H2O　⑧对铁、铝的钝化
A．③④ B．①②⑤⑧
C．①②③④⑦ D．以上答案均不正确
3．(1)加热条件下浓硫酸能将木炭粉氧化成CO2，本身被还原成SO2，反应的化学方程式是_______________________________________________。
(2)试用如图所列各装置设计一个实验，来验证上述反应所产生的各种产物。
编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
装置
①这些装置的连接顺序(按产物气流从左至右的方向)是(填装置的编号)：
_________―→_________―→_________―→_________。
②实验时可观察到装置Ⅰ中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色。
A瓶溶液的作用是_______________________________________，
B瓶溶液的作用是________________________________________，
C瓶溶液的作用是_______________________________________。
③装置II中所加固体药品是_________，可验证的产物是_________，确定装置Ⅱ在整套装置中位置的理由是_______________________________________________。
④装置Ⅲ中所盛溶液是_________________，可验证的产物是_________________。
⑤洗气瓶A中品红溶液换成Ba(NO3)2溶液，则A中的现象为____________________________________________________________。
参考答案
知识梳理
一、
1. 难 放出
2. (2)①Cu+ 2H2SO4(浓) Cu SO4+2H2O+SO2↑ 钝化
C+ 2H2SO4(浓) 2SO2↑+ CO2↑+2H2O
②干燥剂 ③2∶1
[互动探究]
【提示】浓H2SO4的强氧化性是＋6价的硫得电子被还原为SO2，不但可以氧化金属活动性顺序表中H前面的金属，还可以氧化金属活动性顺序表中H后面的不活泼金属以及某些非金属单质；稀H2SO4的弱氧化性是稀H2SO4电离的H＋得电子被还原生成H2，只能氧化金属活动性顺序表中H前面的金属。
[即时训练]
1.【答案】C
【解析】块状大理石与稀硫酸反应时，由于生成的CaSO4微溶于水，覆盖在CaCO3的表面，阻止了硫酸与CaCO3的进一步反应，故不能用大理石与稀H2SO4反应制取大量CO2。
2.【答案】B
【解析】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；纸中存在H、O元素，两者以H2O的形式脱去；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；浓硫酸与金属铜的反应中既表现浓硫酸的强氧化性又显示浓硫酸的强酸性。
3.【答案】D
【解析】强氧化性是浓硫酸的特性。随反应的进行，硫酸变稀，氧化性变弱，与Cu的反应将停止。因此参与反应的硫酸的物质的量一定少于0.9 mol，被还原的硫酸一定少于0.45 mol，参与反应铜的物质的量也一定少于0.45 mol。
4.【答案】D
【解析】加入盐酸酸化的BaCl2溶液，有白色沉淀生成时，原溶液可能含有Ag＋或SO，A项错；加入BaCl2溶液有白色沉淀，再加稀HNO3，沉淀不溶解，原溶液中可能含有Ag＋或SO或SO、HSO( SO、HSO能被HNO3氧化成SO)，B项错；加入Ba(NO3)2溶液，能产生白色沉淀，原溶液中可能含有CO、SO、SO等，C项错；加入足量盐酸时，无沉淀生成，加入BaCl2溶液生成了白色沉淀，原溶液一定含有SO。故正确答案为D项。
二、
1. 化石燃料
3．酸化 重金属
4．(1)酸性 (2)能源
想一想：
【提示】因为正常雨水溶解有二氧化碳，其pH约等于5.6，故一般把pH小于5.6的雨水称为酸雨，酸雨中一般含有硫酸、硝酸等强酸。
[即时训练]
【答案】(1)SO2　SO3　(2)碱液(或氨水)、氧化剂　(3)①2H2SO3＋O2===2H2SO4　②减小　H2SO3＋Cl2＋H2O===H2SO4＋2HCl　(4)①③⑤
当堂检测
1.【答案】D
【解析】A、B、C都是可采取的措施，在D中，若加大不可再生资源石油、煤的开采，会造成资源缺乏，同时会使空气中的SO2等有害气体的排放。
2.【答案】A
【解析】与木炭、H2S反应及Fe、Al钝化时浓硫酸只表现氧化性；浓硫酸与NH3反应时只表现酸性，⑥是浓硫酸的脱水性；⑦是吸水性。③和④满足题意。
3.【答案】(1)2H2SO4(浓)＋CCO2↑＋2H2O＋2SO2↑　(2)①Ⅳ　Ⅱ　Ⅰ　Ⅲ　②验证产物气流中有SO2　除去产物气流中的SO2　验证产物中SO2已被B瓶溶液全部除去　③无水CuSO4　水蒸气　由于产物气流通过Ⅰ、Ⅲ时会带出水汽，所以Ⅱ必须在Ⅰ、Ⅲ之前　④澄清石灰水　CO2　⑤有白色沉淀生成
【解析】(1)浓硫酸有氧化性，木炭粉有还原性，两者相互反应，浓硫酸被还原成二氧化硫，木炭粉则被氧化成二氧化碳，反应得到的三种产物分别是SO2、CO2和H2O。
(2)①实验的目的是要将三种气态产物一一验证出来。由题中所给的各种装置可知：Ⅳ是反应发生装置；Ⅰ中有品红溶液，可联想是用来验证二氧化硫；装置Ⅲ中装有某种溶液，显然Ⅲ可用来验证CO2；Ⅱ是反应管，可验证水蒸气。由于Ⅰ、Ⅲ中装的都是溶液，气流经过后一定会带出水蒸气，所以必须先用Ⅱ验证产物中的水蒸气，然后再验证二氧化硫和CO2，不然就不能验证水蒸气一定是反应产物；由于二氧化硫和CO2都能与石灰水反应，使澄清的石灰水变浑浊，因此从Ⅱ出来的气体必须先经过Ⅰ验证和除尽二氧化硫后再进入Ⅲ验证CO2，由此可以得出正确的连接顺序应当是Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ。
②A瓶中品红溶液褪色，可证明产物中有二氧化硫，C瓶溶液不褪色说明进入C瓶的气体中已没有二氧化硫，从而推断出B瓶溶液的作用是氧化吸收从A瓶出来的全部二氧化硫，因而C瓶溶液的作用是确认这时气流中二氧化硫已被B瓶溶液全部吸收。
③因为Ⅱ是验证水蒸气的，比较熟悉的是白色无水硫酸铜遇水变蓝。确定Ⅱ装置位置的理由如①中所述。
④由于从Ⅰ中C瓶出来的气流中已确定没有二氧化硫，因此Ⅲ中所盛溶液必定是澄清石灰水，用来验证气流中的CO2。
⑤SO2通入Ba(NO3)2溶液后，NO与H＋会将H2SO3氧化成H2SO4，生成难溶于酸的BaSO4。