5.1　第2课时　硫酸　硫酸根离子的检验（含解析） 2024-2025学年高一化学人教版（2019）必修2

第一节　第2课时　硫酸　硫酸根离子的检验
【课程目标】　1.了解硫酸的工业制法及常见的硫酸盐。
2．通过实验探究浓硫酸的吸水性、脱水性和强氧化性，学会硫酸根离子的检验方法。
夯基提能·一遍过
知识点一　硫酸
1．硫酸的用途
重要的化工原料，可用于生产化肥、农药、炸药、染料和盐类等。
2．工业制法
(1)流程：工业上一般以________或其他________(如黄铁矿)为原料来制备硫酸。FeS2中Fe、S元素的化合价分别为＋2、－1。
(2)发生反应的化学方程式
①制气：燃烧硫黄S+O2SO2，或煅烧黄铁矿________________________________________；
②氧化：________________________________；
③吸收：________________________________。
【师说·提醒】　工业制备硫酸工艺中常用98.3%的浓硫酸而不用水吸收SO3，因为SO3与H2O剧烈反应放热，易产生酸雾，影响SO3的吸收。
3．浓硫酸的三大特性
【知识衔接】　稀硫酸的性质
硫酸具有酸的通性，能使石蕊溶液变红。
写出稀硫酸与下列物质反应的离子方程式。
①活泼金属Fe：Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑；
②金属氧化物CuO：CuO＋2H＋===Cu2+＋H2O；
③碱Mg(OH)2：Mg(OH)2＋2H＋===Mg2+＋2H2O；
④盐BaCO3：2H＋++BaCO3===BaSO4+ H2O+ CO2↑。
(1)吸水性
浓硫酸能够吸收气体、液体中的水分子及固体中的结晶水，故常用作干燥剂。
【师说·助学1】　浓硫酸作干燥剂，可以干燥哪些气体，不能干燥哪些气体？
(2)脱水性
浓硫酸能将有机物中的氢、氧按水的组成比(2∶1)脱去，使有机物________。
如向蔗糖中加入浓硫酸时，操作如下：
实验现象：蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成黑色固体，放出有刺激性气味的气体。
【师说·助学2】　向蔗糖中加入浓硫酸：
①蔗糖(C12H22O11)变黑说明有________生成，体现了浓硫酸的________性；
②体积膨胀，呈疏松多孔状，说明有________产生，刺激性气味的气体可能是________，说明碳可能和浓硫酸发生了反应，体现了浓硫酸的________性。
(3)强氧化性
①能氧化大多数金属单质。
实验操作
实验现象 a试管中铜丝表面________，有________产生； b试管中的溶液逐渐________； c试管中的紫色石蕊溶液变为________色； 将a试管里的溶液慢慢倒入水中，溶液呈________色
实验结论(用化学方程式表示) ________________________________________________________________
②钝化：常温下，浓硫酸能使Fe、Al表面形成一层致密的氧化膜。
③能氧化部分非金属单质。
在加热条件下，浓硫酸与木炭反应：_____________________________________。
【师说·助学3】　用足量的铜片与含2 mol H2SO4的浓硫酸在加热条件下反应能否得到1 mol SO2？如果把铜片换为锌片，得到什么气体？请说明理由。
即学即练
1．下列各过程主要表现了浓硫酸的哪些性质？请将答案的序号分别填在横线上。
①强酸性　②强氧化性　③高沸点、难挥发性　④脱水性　⑤吸水性
(1)用氯化钠固体和浓硫酸在加热条件下制氯化氢气体。________
(2)用磷矿物(主要成分是磷酸钙)和硫酸反应制磷酸。________
(3)浓硫酸干燥氢气、氧气、氯气、二氧化硫等气体。________
(4)常温下可以用铁或铝的容器贮存浓硫酸。________________
(5)胆矾放在盛浓硫酸的干燥器中变成白色粉末。________
(6)不能用浓硫酸干燥溴化氢、碘化氢和硫化氢等气体。________
(7)浓硫酸使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后变黑。________
2．硫酸的物理性质及酸的通性。
(1)物理性质
纯净的硫酸是无色黏稠状液体，密度比水______，能与水以任意比混合，沸点________，难挥发。
(2)酸的通性
H2SO4在水溶液里电离出__________，所以具有__________，能使紫色石蕊试液显红色。请写出下列反应的离子方程式。
①和活泼金属(如Fe)：__________________________________________。
②和金属氧化物(如MgO)：__________________________________________。
③和盐(如NaHCO3)：____________________________________________。
3．(1)铜和浓硫酸反应时，浓硫酸表现的性质为______________，充分反应后，硫酸________(填“能”或“不能”)完全反应，原因是__________________。
(2)用过量的锌代替铜与浓硫酸反应，预测生成气体的成分为________，写出相关反应的化学方程式_________________________________________。
4．[2024·北京怀柔高一检测]下列关于浓硫酸的说法不正确的是(　　)
A．空气中敞口久置的浓硫酸质量增大
B．可用来干燥硫化氢气体
C．用浓硫酸在纸上书写的字迹会变黑
D．在加热条件下可与铜反应
5．[2024·陕西渭南高一期末]利用如图所示装置(夹持装置已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应，下列说法正确的是(　　)
A．该反应中浓硫酸只体现出氧化性
B．可用导气管代替仪器a，直接插入NaOH溶液中进行尾气处理
C．随着反应的进行，可观察到盛有酸性高锰酸钾溶液的试管中溶液的颜色变浅
D．反应结束后，盛有NaOH溶液的烧杯中不可能生成Na2SO4
知识点二　硫酸根离子的检验　粗盐提纯
1．几种常见的硫酸盐
硫酸盐 主要性质 主要应用
硫酸钙 制作模型和医疗用的石膏绷带；调节水泥的硬化速率
硫酸铜 检验水的存在；与石灰乳混合制备波尔多液
硫酸钡 又称重晶石，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”
2.的检验
(1)实验探究
实验操作
实验现象 生成________，加入稀盐酸后沉淀不溶解 生成________，加入稀盐酸后沉淀不溶解 生成________，加入稀盐酸后________，且有________产生
实验结论 生成不溶于酸的________，离子方程式：________________________________ 生成的白色沉淀(BaCO3)可溶于稀盐酸
(2)的检验操作
待测液无明显现象出现________，即可确定存在。在含钡的沉淀中，只有BaSO4既不溶于水又不溶于酸。
(3)理论解释
①先加稀盐酸的目的是排除________、________、________等离子的干扰。若滴加盐酸、BaCl2溶液的顺序颠倒，将不能排除Ag＋的干扰。
②再加入BaCl2溶液，若存在，发生反应的离子方程式为。
3．硫酸根离子检验的应用——粗盐提纯
若除去粗盐中杂质(硫酸盐、CaCl2、MgCl2)，将选用的试剂及反应的离子方程式填入下表：
杂质 加入的试剂 离子方程式
硫酸盐 __________ ______________________________
CaCl2 __________ ______________________________
MgCl2 __________ ______________________________
【师说·助学】　除杂过程中为了将杂质离子完全除去，应加入稍过量的试剂，而后续试剂(或操作)应将前面所加试剂中的杂质离子除去，粗盐除去杂质离子可设计哪些方案？
即学即练
1．下列检验试样中有无的操作及结论正确的是(　　)
A．滴加BaCl2有白色沉淀生成，一定有
B．加盐酸酸化的BaCl2溶液有白色沉淀生成，一定有
C．滴加硝酸酸化的AgNO3溶液没有白色沉淀生成，一定没有
D．先加盐酸无明显现象，再加BaCl2溶液有白色沉淀生成，一定有
2．粗盐(含Ca2+、Mg2+、等杂质)提纯实验中，所选仪器与实验操作不相符的是(　　)
①研钵　②玻璃棒　③烧瓶　④胶头滴管　⑤坩埚
⑥漏斗　⑦烧杯　⑧蒸发皿　⑨酒精灯　⑩试管
A．粗盐研磨溶解：①②⑦
B.去除杂质离子：④⑦⑩
C．过滤：②⑥⑦
D．蒸发结晶：②⑤⑨
3．某溶液中可能含有、、Cl－中的一种或几种，为确定该溶液的离子组成，现进行如下实验：①取少量该溶液滴加硝酸钡溶液，产生白色沉淀；②滴加稀盐酸至溶液呈酸性，产生无刺激性气味且能使澄清石灰水变浑浊的无色气体，白色沉淀部分溶解；③取上层清液，继续滴加硝酸钡溶液至无沉淀时，再滴加硝酸银溶液，产生白色沉淀。根据上述实验，以下对原溶液的推测不正确的是(　　)
A．一定有
B．一定有
C．不能确定Cl－是否存在
D．不能确定是否存在
素养落实·重拓展
题型 浓硫酸与金属反应规律
例 (1)向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，被还原的硫酸________(填“大于”“等于”或“小于”，下同)0.45 mol，消耗铜的物质的量 ________0.45 mol，原因是________________________________________________________。
(2)将一定量的锌与100 mL 18.5 mol·L-1浓硫酸充分反应后，锌完全溶解，同时生成气体A 33.6 L (标准状况)。将反应后的溶液稀释至1 L，测得溶液的c(H＋)＝0.1 mol·L-1，则下列叙述正确的是________(填字母)。
A．气体A为SO2和H2的混合物
B．气体A中SO2和H2的体积比为4∶1
C．反应中共消耗Zn 97.5 g
D．反应中共转移3 mol电子
【变式演练】———————————你学会了吗？
下列关于浓H2SO4与Cu反应的叙述正确的是(　　)
A．在反应中，浓H2SO4只表现出氧化性
B．此反应属于复分解反应
C．在反应中，浓H2SO4既表现出氧化性，又表现出酸性
D．每1 mol铜参加反应就有2 mol H2SO4被还原，同时生成2 mol SO2
第2课时　硫酸　硫酸根离子的检验
夯基提能·一遍过
知识点一
2．(1)硫黄　含硫矿物　SO2　SO3　(2)①4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2　②2SO2＋O22SO3　③SO3＋H2O===H2SO4
[师说·助学1]　提示：浓硫酸作干燥剂，可干燥酸性气体(如CO2、SO2、Cl2等)和中性气体(如O2、N2、CO等)；不可干燥碱性气体(如NH3)和某些还原性气体(如HBr、HI、H2S等)。
3．(2)炭化
[师说·助学2]　提示：①碳　脱水　②气体　SO2　强氧化
(3)①变黑　气泡　褪色　红　蓝　Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　③C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
[师说·助学3]　提示：不能。随着反应进行，硫酸浓度降低到一定程度后，与铜不反应。如果把铜片换为锌片，会得到SO2和H2的混合气体，因为浓硫酸和锌反应生成SO2，浓硫酸变成稀硫酸后和锌反应生成H2。
即学即练
1．解析：(1)浓硫酸具有沸点高、难挥发的性质，氯化氢气体易挥发。(2)磷酸是中强酸，利用强酸制弱酸的原理制磷酸。(3)浓硫酸吸收混在上述气体中的杂质水蒸气。(4)常温下，浓硫酸和铝、铁反应，在金属表面生成一层致密的氧化物薄膜，阻止内部的金属和浓硫酸继续反应。(5)浓硫酸吸收胆矾晶体中的结晶水，使之变成无水硫酸铜白色粉末。(6)浓硫酸具有强氧化性，而溴化氢、碘化氢和硫化氢具有还原性。(7)浓硫酸可使湿润的蓝色石蕊试纸先变红，表现浓硫酸的酸性，后变黑是把氢和氧按水的组成比脱去剩余碳，利用了浓硫酸的脱水性。
答案：(1)③　(2)①　(3)⑤　(4)②　(5)⑤　(6)②　(7)①④
2．解析：(1)硫酸是常见的强酸，纯净的硫酸是无色黏稠状液体，密度比水大，能与水以任意比混合，沸点高，难挥发；(2)硫酸属于电解质，在水溶液中能电离出大量的氢离子和硫酸根离子，所以具有酸的通性，能使紫色石蕊试液显红色，能与活泼金属铁反应生成硫酸亚铁和氢气，反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑，能与碱性氧化物氧化镁反应生成硫酸镁和水，反应的离子方程式为MgO＋2H＋===Mg2+＋H2O，能与碳酸氢钠溶液反应生成硫酸钠、二氧化碳和水，反应的离子方程式为＋H＋===H2O＋CO2↑。
答案：(1)大　高
(2)H＋　酸性　①Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑　②MgO＋2H＋===Mg2+＋H2O　③＋H＋===H2O＋CO2↑
3．答案：(1)强氧化性和酸性　不能　随着反应的进行，硫酸浓度降低，稀硫酸和铜不反应，因此硫酸不能完全反应
(2)SO2、H2　Zn＋2H2SO4(浓)ZnSO4＋SO2↑＋2H2O、Zn＋H2SO4(稀)===ZnSO4＋H2↑
4．解析：浓硫酸具有吸水性，会吸收空气中的水，质量增大，故A正确；浓硫酸具有强氧化性，可与H2S发生反应，不能干燥硫化氢气体，故B错误；浓硫酸具有脱水性，可以将纸碳化变黑，故C正确；浓硫酸在加热条件下可与铜反应，化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，故D正确。
答案：B
5．解析：Cu与浓硫酸加热生成二氧化硫、水和硫酸铜，浓硫酸既体现出氧化性也表现出酸性，A错误；二氧化硫能够和NaOH溶液反应，处理尾气时要注意防倒吸，不能将导气管直接插入NaOH溶液中，B错误；二氧化硫具有还原性，能和酸性高锰酸钾溶液反应使其褪色，C正确；若二氧化硫少量，与NaOH溶液反应生成Na2SO3，Na2SO3可能被空气中的氧气氧化为Na2SO4，D错误。
答案：C
知识点二
2．(1)白色沉淀　白色沉淀　白色沉淀　沉淀溶解　气泡　白色沉淀　＋Ba2+===BaSO4↓　(2)白色沉淀　
(3)①Ag＋　
3．氯化钡溶液　Ba2+＋===BaSO4↓　碳酸钠溶液　Ca2+＋===CaCO3↓　烧碱溶液　Mg2+＋2OH－===Mg(OH)2↓
[师说·助学]　提示：
即学即练
1．解析：A中可能为、或Ag＋；B中可能为Ag＋，白色沉淀可能是AgCl；Ag2SO4是微溶物，只有当浓度较大时才出现沉淀，且Ag2SO4溶于一定浓度的HNO3，所以C选项中不能排除有存在的可能。
答案：D
2．解析：粗盐研磨时需要在研钵中进行，溶解时需要在烧杯中进行，用玻璃棒搅拌，即需要的仪器组合为①②⑦，故不选A；去除杂质离子需要的仪器有试管、胶头滴管、烧杯，即需要的仪器组合为④⑦⑩，故不选B；过滤时需要的仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒，即需要的仪器组合为②⑥⑦，故不选C；蒸发结晶需要的主要仪器有蒸发皿、酒精灯、玻璃棒，即需要的仪器组合为②⑧⑨，不使用坩埚，故选D。
答案：D
3．解析：实验②中滴加过量稀盐酸时，沉淀部分溶解，且产生二氧化碳气体，证明原溶液中一定含有和；实验③中加入硝酸银溶液产生氯化银白色沉淀，并不能确定原溶液中是否有Cl－，因为实验②中加入了稀盐酸。
答案：D
素养落实·重拓展
例　解析：(2)生成气体的物质的量为＝1.5 mol，剩余硫酸的物质的量为，参加反应的 0.05 mol＝1.8 mol，浓硫酸与锌反应生成SO2，随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐减小，稀硫酸与锌反应生成H2，设反应生成x mol SO2，y mol H2，依据反应化学方程式可得x＋y＝1.5，2x＋y＝1.8，解得x＝0.3，y＝1.2，所以反应生成0.3 mol SO2和1.2 mol H2。
答案：(1)小于　小于　随着反应的进行，浓硫酸变稀，稀硫酸不与铜反应　(2)ACD
变式演练
解析：该反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)SO2↑＋2H2O，分析反应前后元素化合价的变化可知，浓H2SO4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1 mol Cu参加反应只有1 mol H2SO4被还原，同时生成1 mol SO2。
答案：C