5.1 课时2 硫酸 学案（含答案）2024-2025学年高一化学人教版（2019）必修第二册

5.1 课时2 硫酸
【学习目标】 1.了解稀硫酸的性质。 2.掌握浓硫酸的三大特性。 3.了解硫酸的工业制法。
【自主预习】
一、硫酸的工业应用及制备
1.主要应用
硫酸是一种重要的化工原料,可用于生产　　　　、　　　　、炸药、染料和盐类等。
2.制备流程
二、硫酸的性质
1.稀硫酸的性质。
硫酸是强酸,具有酸的通性。
2.浓硫酸的特性
(1)吸水性与脱水性
①实验探究
实验操作
实验现象 蔗糖变黑,体积膨胀,变成疏松多孔的海绵状的炭,并放出有刺激性气味的气体
实验结论 浓硫酸具有　　　　　
②比较
性质 吸水性 脱水性
原理 浓硫酸能够吸收周围环境中的　　　　及固体中的结晶水 浓硫酸能把有机物中的　　　　　　　　　脱去
区别 物质中含有H2O　 物质中不含有H2O,含有氢元素和氧元素
应用 作干燥剂 —
(2)强氧化性
①与金属Cu反应的实验探究
实验操作
实验现象 a试管中铜丝表面　　　　　　　; b试管中的溶液　　　　　　　　; c试管中的　　　　　　　　　　　　　　; 将a试管里的溶液慢慢倒入水中,　　　　　　
实验结论 Cu和浓硫酸反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
②与非金属C反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
三、几种重要的硫酸盐
硫酸盐 俗名 颜色 用途
2CaSO4·H2O 　　　　　 白色 作磨光粉、纸张填充物、气体干燥剂等
CaSO4·2H2O 　　　　 白色 塑像、模型、粉笔、医疗绷带等
FeSO4·7H2O 绿矾 浅绿色 生产铁系列净水剂、补血剂等
CuSO4·5H2O 　　　　 　　　 蓝色 配制波尔多液、镀铜液
BaSO4 　　　　　 白色 白色颜料、医疗上作“钡餐”
KAl(SO4)2·12H2O 明矾 白色 净水剂
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)浓硫酸有强氧化性,稀硫酸完全没有氧化性。 (　　)
(2)由于浓硫酸具有脱水性,所以可用作干燥剂。 (　　)
(3)稀硫酸不与铜反应,但把Cu片放在浓硫酸中立即发生剧烈反应。 (　　)
(4)在受热的情况下浓硫酸也能与铁、铝发生反应。 (　　)
(5)浓硫酸是一种干燥剂,能够干燥氢气、氧气、氨气等气体,但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体。 (　　)
(6)常温下能够用铁、铝等容器盛放浓硫酸,是因为浓硫酸的强氧化性能使铁、铝钝化。 (　　)
2.浓硫酸的强氧化性体现在哪些方面 举例说明。
3.某报刊曾报道一段新闻“某日凌晨,一辆载有浓硫酸的罐车在某境内侧翻。从车中流出的硫酸使路边的杂草被腐蚀成黑色,上面泛起黑色的泡沫,空气中到处弥漫着刺鼻的气味。”请用化学知识解释下列问题:
“路边的杂草被腐蚀成黑色”的原因是什么 浓硫酸为不挥发性强酸,为什么说“到处弥漫着刺鼻的气味”
【合作探究】
　硫酸的工业制备
　　早期的硫酸工业都采用硝化法,生产效率低,产品浓度只有60%~76%。20世纪以来,硝化法逐渐被接触法所取代。生产硫酸的原料有硫黄、黄铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。
1.接触法制硫酸需哪些原料
2.请表示出工业制硫酸的主要流程。
3.接触法制硫酸主要经历哪三个生产阶段
4.工业上制备硫酸,为什么要用98.3%的硫酸来吸收SO3,而不是用水
硫酸的工业制备
三步骤 三原料 三设备 三反应原理
造气 S或FeS2 沸腾炉 4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3
接触 氧化 O2 接触室 2SO2+O22SO3
SO3 吸收 98.3% 浓H2SO4 吸收塔 SO3+H2OH2SO4
工业上以黄铁矿(主要成分为FeS2)为原料,采用接触法制备浓硫酸的原理如下:
下列说法不正确的是(　　)。
A.用盐酸和烧碱可从烧渣中提取铁红
B.净化SO2的目的是防止催化剂中毒降低活性
C.用水替代98.3%浓硫酸能提高吸收效率
D.制备硫酸的3个反应中有2个是氧化还原反应
　硫酸的性质
　　实验室为研究浓硫酸的性质,设计装置如图所示。
1.浸NaOH溶液棉团的作用是什么 写出反应的离子方程式。
2.50 mL 98%的浓硫酸与足量Cu共热,放出SO2的物质的量总小于0.46 mol的原因是什么
3.在实验中发现试管底部有少量白色晶体析出,写出检验晶体成分的操作方法。
4.若将铜换成锌,且与一定量的浓硫酸刚好完全反应,请推测气体产物的成分,并说明理由。
1.浓硫酸吸水性和脱水性的区别
由此看出:二者的根本区别在于物质本身是否含有水分子。
2.浓硫酸强氧化性的体现
反应物 变化或反应
较不活泼金属(如铜、银等) 金属+浓硫酸高价态硫酸盐+SO2↑+H2O
碳、硫、磷等非 金属 非金属单质+浓硫酸高价态氧化物或含氧酸+SO2↑+H2O
还原性物质 能将还原性物质(如Fe2+、H2S、HI等)氧化,如H2S+H2SO4(浓) S↓+SO2↑+2H2O
3.浓硫酸与金属的反应规律
(1)与活泼金属(如Zn)反应:开始产生SO2,硫酸的浓度变小后,产生H2。
(2)与某些不活泼金属(如Cu)反应:开始产生SO2(加热),硫酸的浓度变小后,稀硫酸不再与Cu反应。如1 mol Cu与含2 mol H2SO4的浓硫酸充分反应,生成SO2的物质的量小于1 mol。
(3)浓硫酸在与金属的反应中既表现强氧化性(生成SO2)又表现酸性(生成硫酸盐)。浓硫酸在与非金属的反应中只表现氧化性(如浓硫酸与碳的反应)。
(创新题)某兴趣小组探究金属与过量浓硫酸反应的装置(固定装置已略去)如图所示。下列实验操作或叙述错误的是(　　)。
A.为确定浓硫酸中生成的白色固体是否为硫酸铜,可向试管中注入水,振荡后观察现象可确定白色固体是否为硫酸铜
B.X溶液可以是NaOH 溶液
C.反应一段时间后,紫色石蕊溶液变为红色
D.其他条件不变,用热铁丝代替热铜丝,品红溶液变化的实验现象相同
某同学设想用如图所示的装置来验证浓硫酸的某些性质,其中不能达到实验目的的是(　　)。
选项 实验目的 实验装置
A 吸水性
B 脱水性
C 溶解放热
D 强氧化性
【随堂检测】
1.硫酸工业的设备如图所示,硫元素的价态不发生变化的是(　　)。
A.沸腾炉 B.接触室
C.吸收塔 D.三个设备中都有变
2.下列关于浓硫酸与Cu反应的叙述正确的是(　　)。
A.在反应中,浓硫酸只表现出氧化性
B.此反应属于复分解反应
C.在反应中,浓硫酸既表现出氧化性,又表现出酸性
D.每1 mol Cu参加反应就有2 mol H2SO4被还原,同时生成2 mol SO2
3.下列有关浓硫酸的说法正确的是(　　)。
A.加热条件下,足量锌与一定量的浓硫酸完全反应产生的气体是二氧化硫
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
4.为了验证木炭可被浓硫酸氧化成CO2,选用下图所示仪器(内含物质)组装成实验装置。请回答下列问题:
(1)按气流由左向右的流向,连接上述装置的正确顺序:　　　　接　　　　,　　　　　接　　　　,　　　接　　　。(填各接口字母)
(2)装置乙、丙应有怎样的实验现象才表明已检验出CO2 乙中　　　　　　　　,丙中　　　　　　　。
(3)丁中酸性KMnO4溶液的作用是　　　　　。
(4)写出甲中反应的化学方程式:　　　　　　　　　。
参考答案
自主预习·悟新知
一、1.化肥　农药
二、2.(1)①脱水性　②水分　氢、氧按水的组成比
(2)①有气泡产生　逐渐变为无色　紫色石蕊溶液逐渐变为红色　溶液显蓝色　Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O　②C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
三、熟石膏　石膏　胆矾、蓝矾　重晶石
效果检测
1.(1)×　　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
2.①与不活泼金属反应,如与Cu反应;②与非金属单质反应,如与木炭反应;③常温下使Fe、Al钝化等。
3.浓硫酸使草炭化,所以杂草被腐蚀成黑色;炭化后的草中的碳与浓硫酸反应生成SO2,所以到处弥漫着刺鼻的气味。
合作探究·提素养
任务1　硫酸的工业制备
问题生成
1.黄铁矿或硫黄、空气等。
2.
3.①二氧化硫的制取和净化(造气阶段);②SO2被氧化成SO3(接触氧化阶段);③三氧化硫的吸收和硫酸的生成(生成阶段)。
4.因为用水作吸收剂时,容易形成酸雾并放出大量的热,吸收速率小,不利于吸收SO3。
典型例题
例1　C　
解析　A项,用盐酸溶解烧渣,可除去二氧化硅,再用氢氧化钠可分离铝元素和铁元素,灼烧氢氧化铁可制得铁红,正确;B项,二氧化硫中有砷等杂质,会使催化剂中毒降低活性,净化SO2可以防止催化剂中毒,正确;C项,三氧化硫与水反应会放出大量热量,用水直接吸收三氧化硫会形成“酸雾”,污染环境且吸收率低,错误;D项,黄铁矿(FeS2)与O2反应,SO2和O2反应,这2个反应是氧化还原反应,正确。
任务2　硫酸的性质
问题生成
1.吸收尾气SO2,防止污染空气。SO2+2OH-S+H2O(或SO2+OH-HS)。
2.浓硫酸在反应过程中逐渐变为稀硫酸,稀硫酸不再与Cu反应,故生成SO2的物质的量总小于0.46 mol。
3.倒出反应溶液,取出少量晶体,加入水,振荡,产生蓝色溶液,证明该晶体是无水CuSO4。
4.气体产物有SO2和H2,浓硫酸与锌反应产生SO2,随着反应的进行,硫酸的浓度减小,浓硫酸变为稀硫酸,锌与稀硫酸反应产生H2。
典型例题
例2　A
解析　由题干和实验装置图可知,铜丝和浓硫酸反应生成SO2,因为SO2溶于水形成亚硫酸,所以紫色石蕊溶液变红;因为SO2具有漂白性,所以品红溶液褪色;因为SO2溶于水形成的亚硫酸的酸性比盐酸弱,所以BaCl2溶液没有明显现象;SO2溶于水形成的亚硫酸会和Na2S发生氧化还原反应生成硫单质,所以Na2S溶液会变浑浊;最后利用烧杯中的溶液把多余的SO2尾气除去。因为反应后的溶液中还有大量没有反应的浓硫酸,所以不可以向试管中注入水,应该是把试管中的液体缓慢倒入盛有蒸馏水的试管中并不断振荡,A项错误;X溶液是为了除去尾气SO2,NaOH 溶液可以和SO2反应,B项正确;SO2溶于水形成亚硫酸,所以紫色石蕊溶液变红,C项正确;其他条件不变,用热铁丝和浓硫酸反应也会发生氧化还原反应生成SO2,所以品红溶液变化的实验现象相同,D项正确。
例3　D　
解析　A项,由于分子是在不断运动着的,故玻璃罩内空气中的水蒸气会不断地被浓硫酸吸收,导致左侧烧杯中的水不断挥发,最后左侧烧杯内的液体量明显少于右侧的;B项,滤纸蘸上浓硫酸后,很快会因脱水而变黑;C项,浓硫酸滴到小试管内的水中,放出大量的热量,会使锥形瓶内压强增大,故U形管内液面会出现左低右高的现象;D项,因常温下铜片与浓硫酸不反应,所以无法判断浓硫酸是否表现出强氧化性。
随堂检测·精评价
1.C　解析　A项,沸腾炉中发生黄铁矿的氧化反应;B项,接触室中发生SO2的催化氧化反应;C项,吸收塔中发生浓硫酸吸收SO3的反应,没有化合价的变化;D项,吸收塔中硫元素的价态没有发生变化。
2.C　解析　该反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,分析反应前后元素化合价的变化可知,浓硫酸既表现出氧化性,又表现出酸性。该反应为氧化还原反应,在该反应中,每2 mol H2SO4参加反应只有1 mol H2SO4被还原。
3.B　解析　随着反应的进行,浓硫酸变为稀硫酸,所以足量锌与一定量的浓硫酸完全反应产生的气体是二氧化硫和氢气,A项错误;浓硫酸中加入红热的炭块,发生反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O,产生SO2和CO2两种酸性氧化物,B项正确;NH3可以与浓硫酸反应,故浓硫酸不可用于NH3的干燥,C项错误;向矾胆表面滴加浓硫酸,胆矾变白,原因是浓硫酸吸收了胆矾中的结晶水,体现了浓硫酸的吸水性,D项错误。
4.(1)A　F　E　C　D　B
(2)澄清石灰水变浑浊　品红溶液未褪色
(3)除去SO2
(4)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
解析　(1)木炭与浓硫酸反应生成CO2、SO2和水,由于SO2也能使澄清石灰水变浑浊,所以在检验CO2之前要除去SO2,SO2具有还原性,可以用酸性高锰酸钾溶液除去。为验证SO2是否除尽,需要再通过品红溶液检验,所以连接装置的正确顺序是AFECDB。