4.1 第2课时 硫酸的制备与性质 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第一册

4.1 第2课时　硫酸的制备与性质
【学习目标】
1.了解工业上制备硫酸的基本原理。
2.能从物质类别和硫元素化合价的角度认识硫酸的性质,从微观结构区分浓硫酸和稀硫酸化学性质的不同,认识到量变到质变的变化。
3.通过实验探究浓硫酸的吸水性、脱水性和强氧化性,强化“科学探究与创新意识”。
【合作探究】
【学习情境】
硫酸是当今世界上最重要的化工产品之一,被誉为“化学工业之母”,工业上常用硫酸的年产量来衡量一个国家的化工生产能力。硫酸常见用途如图,在这些用途中体现了硫酸的哪些性质
早在1000年以前,我国就用加热胆矾(CuSO4·5H2O)或绿矾(FeSO4·7H2O)的方法来制硫酸,硫酸又称为绿矾油。如《黄帝九鼎神丹经诀》——“炼石胆取精华法”。当前阶段,我国是如何制备硫酸的呢
任务1　了解硫酸的工业制备
【新知生成】
工业上接触法制硫酸的主要设备及生产流程如下图:
根据上图完成下列填空:
(1)三个设备的名称依次为　　　、　　　、　　　　　　　　。
(2)填写下列各进口或出口物质的名称:
A　　　　(如　　　　);B　　　　;C　　　　;D　　　　。
(3)三个设备中发生的化学反应依次是
　 ;
　 ;
　 。
(4)吸收SO3时用　　　　　　　防止　　　　　。
【答案】沸腾炉　接触室　吸收塔　含硫矿石　硫黄或硫铁矿(FeS2)　炉渣　二氧化硫、氧气　尾气(SO2、O2)　S+O2SO2或4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3　2SO2+O22SO3　SO3+H2OH2SO4　98.3%的浓硫酸　形成酸雾
【核心突破】
典例1　在硫酸的工业制法中,下列生产操作和说明生产操作的主要原因都正确的是(　　)。
A.硫铁矿燃烧前要粉碎,因为大块硫铁矿不能燃烧
B.从沸腾炉出来的气体需净化,因为炉气中的SO2会与杂质反应
C.SO2氧化成SO3,SO2能全部转化为SO3
D.SO3用98.3%的浓H2SO4吸收,目的是防止形成酸雾,以便使SO3吸收完全
【答案】D
归纳总结
化学工业制备的要求
1.原料廉价且稳定,降低运输成本。
2.保证反应物在反应中能充分接触。
3.制备流程简单高效,能耗低,反应放出的热量尽可能加以循环利用,生成副产物较少。
4.制备过程绿色、环保,没有使用或生成对环境有害的物质。
训练1　工业上制硫酸的设备分为三大部分,一是沸腾炉,二是接触室,三是吸收塔。在沸腾炉内二硫化亚铁与氧气发生反应,生成二氧化硫;在接触室内有催化剂存在下二氧化硫进一步与氧气化合,生成三氧化硫;三氧化硫流经吸收塔时,采用98.3%的浓硫酸吸收,三氧化硫与水化合形成硫酸。为研究吸收三氧化硫应选用的物质,依照工业上制备硫酸的流程设计了下面的实验装置。
下列有关叙述不正确的是(　　)。
A.装置甲的作用仅仅是用于干燥气体
B.反应中要求乙反应器内氧气的物质的量要比二氧化硫的物质的量多一倍左右,该装置能够通过现象判断
C.实验时丁装置在反应过程中先出现气泡,不久就出现了白雾,而丙装置一直都没有任何现象,说明浓硫酸的吸收效果比水好
D.该实验装置存在明显的缺陷
【答案】A
【解析】装置甲的作用有:①干燥二氧化硫和氧气,吸收水分,②使二氧化硫和氧气充分混合,③通过观察气泡,调节气体的流速,A项错误;甲装置中,通过控制通氧气的导管口产生气泡的速率大约是通二氧化硫导管口的2倍,可以保证气体的体积比,能够通过现象判断,B项正确;由实验现象可说明浓硫酸的吸收效果比水好,C项正确;SO2和SO3都是大气污染物,必须进行尾气吸收,D项正确。
任务2　探究浓硫酸的性质
【新知生成】
浓硫酸的三大特性
1.吸水性:浓硫酸能够吸收　　　　或其他物质中的　　　　分子,常被用作　　　　。
2.脱水性:浓硫酸能够按照原子个数比　　　　夺取某些有机物中的氢、氧元素形成　
分子。
3.强氧化性
(1)能与绝大多数金属发生反应,与铜反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
(2)常温下,　　　　、　　　　等少数金属遇到浓硫酸会发生　　　　。
(3)可以与一些非金属及其化合物反应,与碳反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
【答案】空气　水　干燥剂　2∶1　水　Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O　铁　铝　钝化
C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
【核心突破】
典例2　思考并回答下列问题:
(1)下列各组气体通常状况下能大量共存,并且既能用浓硫酸干燥,又能用碱石灰干燥的是(　　)。
A.SO2、O2、HBr B.NH3、O2、N2
C.NH3、CO2、HCl D.H2、CH4、O2
(2)将适量的蔗糖放入烧杯中,加少量水拌匀,再加适量浓硫酸,迅速搅拌,放出大量的热,同时观察到蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,并放出有刺激性气味的气体。加入少量水的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　;生成的黑色物质是　　　　(写化学式);“体积膨胀,并放出有刺激性气味的气体(SO2)”,写出对应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　;上述现象体现了浓硫酸的　　　　　　(填序号)。
①酸性　②吸水性　③脱水性　④强氧化性
【答案】(1)D　(2)浓硫酸和少量水混合时会放出大量的热,增大反应速率　C　C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O　②③④
归纳总结
浓硫酸的强氧化性
1.浓硫酸能与大多数金属反应,生成高价态金属的硫酸盐,自身一般被还原为SO2。但在常温下,浓硫酸能使铁、铝钝化。
2.浓硫酸可将碳、磷等非金属单质氧化成高价态的氧化物或含氧酸,本身被还原为SO2。
训练2　一定量的浓硫酸与足量Zn充分反应时,有SO2和H2生成,某化学兴趣小组对此进行探究:按下图组装好实验装置,微热试管A,观察到C、D、E中均有气泡产生;随后气泡量减少,品红溶液褪色,D中先出现浑浊,后浑浊消失,反应一段时间后,C、D、E中的气泡量又会明显增加。
请回答下列问题:
(1)装置A中需用浓硫酸,用两种简单的方法确定一瓶试剂是浓硫酸还是稀硫酸:　　　　　　。
(2)从甲、乙中选择合适的装置填入B、C中,并进行正确连接,a接　　　　、　　　　接b,c接　　　　　、　　　　接d;D、E两支试管中CCl4的作用是　　　　　　　　。
(3)能证明浓硫酸具有强氧化性的实验现象为　　　　　　　　　　;反应一段时间后气泡量又会明显增加的原因是　　　　　　　　　　。
(4)D中浑浊消失的反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)用火柴梗蘸取少量试剂,若火柴梗立即变黑,则证明是浓硫酸;用滴管吸取少量试剂,滴加在盛有少量水的试管中,若触摸试管外壁感到发热,则证明是浓硫酸(其他合理答案即可)
(2)3或4　4或3　2　1　防倒吸
(3)C中品红溶液褪色　浓硫酸变成稀硫酸,稀硫酸与Zn反应放出H2
(4)SO2+H2O+CaSO3Ca2++2HS
课堂小结
【随堂检测】
1.下列关于硫酸性质的描述中,正确的是(　　)。
A.浓H2SO4具有氧化性,稀H2SO4无氧化性
B.由于浓H2SO4具有脱水性,所以可用作干燥剂
C.稀H2SO4与铜不反应,但浓H2SO4在加热条件下可与铜反应
D.在加热的情况下浓硫酸也不与铁、铝发生反应
【答案】C
【解析】稀硫酸中H+有氧化性,A项错误;浓H2SO4可用作干燥剂是因为其吸水性,B项错误;在加热的情况下浓硫酸与铁、铝均发生氧化还原反应,D项错误。
2.在硫酸工业生产中,为了有利于SO2的转化,且能充分利用热能,采用了中间有热交换器的接触室(如图),按此密闭体系中气体的流向,则在A处流出的气体含有(　　)。
A.SO2 B.SO3、O2 C.SO2、O2 D.SO2、SO3
【答案】C
【解析】A处流出的是已经过热交换器预热的原料气SO2和O2。
3.在下列用途或反应中,硫酸表现出的性质为A.高沸点(难挥发性);B.酸性;C.吸水性;D.脱水性;E.强氧化性。请用合适性质的字母填空。
(1)干燥二氧化硫:　　　　。
(2)浓硫酸溶解铜:　　　　。
(3)浓硫酸可用钢瓶贮运:　　　　。
(4)浓硫酸可使湿润的蓝色石蕊试纸先变红,后变黑:　　　　。
(5)浓硫酸露置在空气中质量增加:　　　　。
(6)浓硫酸与碳共热:　　　　。
【答案】(1)C　(2)BE　(3)E　(4)BD　(5)C　(6)E
4.将足量的铜片与100mL 18mol·L-1浓硫酸加热充分反应,收集到标准状况下的SO2气体VL,下列对此反应的有关说法中错误的是(　　)。
A.该反应体现了浓硫酸的酸性和强氧化性
B.反应结束后铜有剩余,H2SO4完全反应
C.被还原的硫酸为mol
D.参加反应的Cu小于0.9mol
【答案】B
【解析】浓硫酸可以和铜发生氧化还原反应,而稀硫酸与铜不能发生反应。当浓硫酸变为稀硫酸时反应停止。反应过程中浓硫酸逐渐变稀,因此反应结束后铜和稀硫酸均有剩余;则参加反应的n(Cu)<0.1L×18mol·L-1×=0.9mol;被还原的硫酸应依据生成的SO2来算,可得被还原的硫酸的物质的量n(H2SO4)=n(SO2)==mol。
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