《创新课堂》第五章 3 第一节 第2课时 硫酸 硫酸根离子的检验 讲义（教师版）化学必修二人教版

第2课时　硫酸　硫酸根离子的检验
【学习目标】　1.能从物质类别和硫元素化合价的角度认识硫酸的性质。
2．通过实验探究浓硫酸的吸水性、脱水性和强氧化性。掌握硫酸根离子的检验方法。
知识点一　硫酸
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1．硫酸的工业制法
硫酸是重要的化工原料，可用于生产________、________、________、染料和盐类等。工业上一般以________或____________(如黄铁矿)为原料来制备硫酸。
(1)工业制硫酸的流程
(2)工业制硫酸的化学反应
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INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　1.工业上制取硫酸常用98.3%的浓硫酸而不用水吸收SO3，为什么？
提示：SO3与水反应易产生酸雾，影响SO3的吸收。
2．硫酸的物理性质
纯净的硫酸是______色黏稠状液体，密度比水的______，能与水以任意比混合，沸点______，______挥发。
3．稀硫酸的通性
4．浓硫酸的特性
(1)吸水性：浓硫酸能吸收存在于周围环境中的水分，故常用作____________。但不能干燥NH3等碱性气体和H2S、HI、HBr等还原性气体。
(2)脱水性：浓硫酸能将蔗糖、纸张、棉布和木材等有机物中的氢和氧按水的组成比脱去。
实验操作
实验现象 ①蔗糖逐渐变黑；②蔗糖体积膨胀，形成黑色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 ①浓硫酸具有________性；②浓硫酸具有____________性，能氧化碳单质，自身被还原为________
(3)强氧化性：浓硫酸能氧化大多数金属单质和部分非金属单质。
①与金属单质反应
实验装置
实验现象 a试管中铜丝表面____________；b试管中的品红溶液逐渐________；冷却后，将a试管里的物质慢慢倒入盛有少量水的另一支试管里，溶液呈______色
化学方程式 _________________________________________________________________________
[注意]　常温下，铁、铝遇浓硫酸发生钝化(金属表面形成一层致密的氧化物薄膜，阻止反应继续进行)。
②与非金属单质反应
在加热时，浓硫酸能与木炭发生反应，化学方程式为
________________________________________________。
③与某些还原性化合物反应，如HBr、HI、H2S等。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　2.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。
提示：不能；随着反应进行，硫酸浓度降低到一定程度后，与铜不再反应。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，稀硫酸和锌反应生成H2。
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浓硫酸和金属单质反应的规律
(1)浓硫酸与金属单质反应时，既表现酸性又表现强氧化性，而与非金属单质反应时，只表现强氧化性。
(2)浓硫酸与不活泼金属单质(如铜)反应时，随着反应的进行，硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，就不再反应。
(3)浓硫酸与活泼金属单质(如锌)反应时，开始浓硫酸表现酸性和强氧化性，产生二氧化硫气体；当硫酸变为稀硫酸时，产生氢气。　
[答案自填] 化肥　农药　炸药　硫黄
其他含硫矿物　S＋O2SO2　2SO2＋O22SO3　SO3＋H2O===H2SO4　无
大　高　难　Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
H2SO4＋CuO===CuSO4＋H2O　H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O　BaCl2＋H2SO4===BaSO4↓＋2HCl　干燥剂　脱水　强氧化
SO2　有气泡逸出　褪色　蓝　Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
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(1)浓硫酸与浓盐酸敞口露置在空气中浓度都会减小　(　　)
(2)常温下可以用铁槽车或铝槽车运输浓硫酸(　　)
(3)可以用浓硫酸干燥SO2、H2S、HI、NH3等气体(　　)
(4)浓硫酸与镁条在加热条件下发生反应，生成的气体只有SO2(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×
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1．下列关于硫酸的工业制备与保存的说法正确的是(　　)
A．粉碎后的硫铁矿(FeS2)在沸腾炉中燃烧生成SO3
B．在吸收塔中，用98.3%的浓硫酸吸收SO3
C．硫黄制酸法会产生更多的矿渣
D．浓硫酸具有强氧化性，不能保存在铝制容器中
解析：选B。粉碎后的硫铁矿(FeS2)在沸腾炉中与O2反应生成SO2，A项错误；在吸收塔中，为防止形成酸雾，不能用水作为吸收剂，而是用98.3%的浓硫酸作为吸收剂吸收SO3，B项正确；以硫铁矿为原料生产硫酸时会产生较多矿渣，而硫黄制酸法的优点是制备过程中不产生矿渣，C项错误；浓硫酸具有强氧化性，常温下能使铝发生钝化，因此浓硫酸能保存在铝制容器中，D项错误。
2．(教材习题改编)下列事实与浓硫酸体现出的性质(括号中)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(难挥发性)
B．在加热条件下锌与浓硫酸反应(强氧化性、酸性)
C．蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成(吸水性)
D．浓硫酸可用来干燥某些气体(脱水性)
解析：选B。在空气中敞口久置的浓硫酸，由于浓硫酸吸收空气中的水分，使溶液质量增大，体现了浓硫酸的吸水性，A错误；在加热条件下锌与浓硫酸反应，生成硫酸锌、二氧化硫和水，体现了浓硫酸的强氧化性、酸性，B正确；蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成，体现了浓硫酸的脱水性，C错误；浓硫酸可用来干燥某些气体，体现了浓硫酸的吸水性，D错误。
3．下列用来鉴别浓硫酸和稀硫酸的操作错误的是(　　)
A．分别取10 mL溶液，质量大的是浓硫酸，质量小的是稀硫酸
B．观察液体流动性，流动性好的是稀硫酸，油状黏稠的是浓硫酸
C．把CuSO4·5H2O晶体投入溶液中，逐渐变为白色粉末的是浓硫酸，晶体溶解的是稀硫酸
D．把铜片投入溶液中，无明显现象的是浓硫酸，有气泡产生的是稀硫酸
解析：选D。硫酸溶液浓度越大，密度越大，故等体积的浓硫酸和稀硫酸相比，浓硫酸的质量大于稀硫酸的，A正确。浓硫酸是油状黏稠的液体，流动性不如稀硫酸，B正确。浓硫酸具有吸水性，故胆矾投入浓硫酸中会变为白色粉末，而投入稀硫酸中溶解，C正确。常温下铜片与浓硫酸、稀硫酸均不反应，无气体放出，D错误。
知识点二　硫酸盐　硫酸根离子的检验
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1．几种常见的硫酸盐
硫酸盐 主要性质 主要应用
硫酸钙 制作各种模型和医疗用的石膏绷带；调节水泥的硬化速率
硫酸钡 又称重晶石，不溶于水和酸，且不容易被X射线透过 用作消化系统X射线检查的内服药剂，俗称“________”
硫酸铜 　CuSO4　白色CuSO4·5H2O(胆矾)蓝色 无水硫酸铜检验水的存在；CuSO4·5H2O与石灰乳混合制备农药——波尔多液
2.硫酸根离子的检验
(1)实验探究
实验操作
实验现象 先生成____________，加入稀盐酸后____________ 先生成____________，加入稀盐酸后____________________________
实验结论 SO与Ba2＋反应生成不溶于稀盐酸的硫酸钡白色沉淀，离子方程式：__________________________________________________ CO与Ba2＋反应生成可溶于稀盐酸的碳酸钡白色沉淀
(2)检验方法
待测液无明显现象出现________沉淀，即可确定存在SO。
[注意]　先加入稀盐酸的目的是排除Ag＋、CO、SO等离子的干扰。
(3)应用——粗盐提纯
除去粗盐中可溶性杂质(硫酸盐及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 __________ ______________________
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　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。粗盐提纯时，除去杂质离子(SO、Ca2＋、Mg2＋)可设计哪些方案？
提示：粗盐提纯过程中，Na2CO3溶液要在BaCl2溶液之后加入，目的是除去Ca2＋和过量的Ba2＋，过滤后再加入过量的盐酸，目的是除去过量的OH－、CO。具体方案如下：
[答案自填] 2CaSO4·H2O　钡餐　白色沉淀
沉淀不溶解　白色沉淀　沉淀溶解　SO＋Ba2＋===BaSO4↓　白色　过量氯化钡溶液
Ba2＋＋SO===BaSO4↓　过量碳酸钠溶液
CO＋Ca2＋===CaCO3↓　过量烧碱溶液
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
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(1)取少量试样溶液，先加入稀硫酸，无明显现象，再加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，说明溶液中一定含有SO(　　)
(2)取少量试样溶液，先加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，再加入稀硝酸，沉淀不溶解，说明溶液中一定含有SO(　　)
(3)为除去粗盐水中少量的Ca2＋，可向溶液中加入过量的K2CO3溶液，然后过滤(　　)
(4)为除去粗盐中的Mg2＋、Ca2＋、SO，可依次加入稍过量的NaOH、BaCl2、Na2CO3溶液，过滤后加入稀盐酸调节溶液为中性(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
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化学方法分离提纯物质的“四原则”和“三必须”
(1)“四原则”：不增(提纯过程中不增加新的杂质)，不减(不减少被提纯的物质)，易分离(被提纯物质与杂质易分离)，易复原(被提纯物质易复原)。
(2)“三必须”：除杂试剂必须过量，过量试剂必须除尽，除杂途径必须最佳。　
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1．下列关于硫酸盐的说法正确的是(　　)
A．CaSO4·2H2O、CuSO4·5H2O都属于混合物
B．石膏加热失水变为熟石膏的化学方程式为2[CaSO4·2H2O] 2CaSO4·H2O＋3H2O
C．硫酸钡、碳酸钡都可用作“钡餐”
D．胆矾失去结晶水的过程属于物理变化
解析：选B。CaSO4·2H2O、CuSO4·5H2O都属于纯净物，A错误；碳酸钡可溶于盐酸，不可用作“钡餐”，C错误；胆矾失去结晶水的过程属于化学变化，D错误。
2．某溶液中含有大量的Cl－、CO、SO。若只取一次该溶液就能够分别将三种阴离子依次检验出来，下列实验操作顺序正确的是(　　)
①滴加HNO3溶液　②过滤　③滴加AgNO3溶液　④滴加Ba(NO3)2溶液
A．①②③④ B．①④②③
C．③②①④ D．④②①③
解析：选B。检验Cl－可以使用Ag＋，检验SO可以使用Ba2＋，检验CO可以使用H＋，而Ag＋和Ba2＋都可以与CO结合生成沉淀，所以需先检验CO，此时可以加入稀硝酸；检验Cl－所用的Ag＋可以与SO结合生成微溶于水的硫酸银，所以需先检验SO，此时可以加入Ba(NO3)2溶液；最后检验Cl－，可以加入AgNO3溶液，为不干扰Cl－的检验，在加入AgNO3溶液之前先过滤，实验操作顺序为①④②③。
3．为检验某种阳离子为Na＋的溶液中含有SO、CO、OH－、Cl－及其他阴离子，下列方案合理的是________。
[方案一]　检验CO：向待测液中加入足量的稀盐酸产生气泡，将气体通入澄清石灰水中有白色沉淀生成
[方案二]　检验SO：先向待测液中加入稀盐酸至溶液呈酸性，未见沉淀或气体生成，再加入BaCl2溶液出现白色沉淀
[方案三]　检验OH－：向待测液中加入石蕊溶液，溶液变蓝色
[方案四]　检验Cl－：向待测液中依次加入稀盐酸和AgNO3溶液，有白色沉淀生成
解析：与稀盐酸反应的离子不一定是CO，还可能是HCO或SO等，故方案一不合理；先向待测液中加入稀盐酸，可排除CO、SO等的干扰，再用BaCl2溶液检验SO的存在，故方案二合理；溶液中若有CO，Na2CO3溶液呈碱性，也能使石蕊溶液变为蓝色，故方案三不合理；AgNO3溶液和稀盐酸混合会有白色沉淀出现，不能证明原溶液中含有Cl－，故方案四不合理。
答案：方案二
INCLUDEPICTURE "课堂检测巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/课堂检测巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．在硫酸的工业制法中，下列有关叙述正确的是(　　)
A．黄铁矿煅烧前要粉碎，因为大块黄铁矿不能燃烧
B．硫酸厂的废气可直接排放
C．SO2氧化生成SO3，SO2能全部转化为SO3
D．通入接触室的气体需要经过除尘净化，否则会引起催化剂中毒(失效)
解析：选D。将黄铁矿粉碎的目的是增大黄铁矿与空气的接触面积，使燃烧更快、更充分，故A错误；硫酸厂的废气中含有SO2，SO2为有毒气体，故硫酸厂的废气不能直接排放，故B错误；SO2转化为SO3为可逆反应，故SO2不可能全部转化为SO3，故C错误。
2．在下列物质的转化中，浓硫酸既表现出氧化性又表现出酸性的是(　　)
①Cu→CuSO4　②C→CO2　③FeO→Fe2(SO4)3　④Fe2O3→Fe2(SO4)3
A．①③ B．①④
C．②④ D．③④
解析：选A。①中发生的反应为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，浓硫酸既表现出氧化性又表现出酸性；②中发生的反应为C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，浓硫酸只表现出氧化性；③中发生的反应为2FeO＋4H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋SO2↑＋4H2O，浓硫酸表现出酸性和氧化性；④中发生的反应为Fe2O3＋3H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3H2O，浓硫酸只表现出酸性。综上所述，浓硫酸既表现出氧化性又表现出酸性的是①③。
3．检验某溶液中是否含有SO时，为防止Ag＋、CO、SO等离子的干扰，下列实验方案比较严密的是(　　)
A．先加稀盐酸将溶液酸化，再滴加BaCl2溶液，看是否生成白色沉淀
B．先加稀硝酸将溶液酸化，再滴加BaCl2溶液，看是否生成白色沉淀
C．向溶液中滴加稀盐酸酸化的BaCl2溶液，看是否生成白色沉淀
D．向溶液中滴加稀硝酸酸化的BaCl2溶液，看是否生成白色沉淀
解析：选A。检验SO时，应先加入稀盐酸酸化使溶液呈酸性，排除Ag＋、CO和SO等离子的干扰后，再滴加BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，则说明溶液中含有SO，若没有白色沉淀生成，则说明溶液中不含SO。
4．(2022·新高考广东卷)实验室进行粗盐提纯时，需除去Ca2＋、Mg2＋和SO，所用试剂包括BaCl2以及(　　)
A．Na2CO3、NaOH、HCl
B．Na2CO3、HCl、KOH
C．K2CO3、HNO3、NaOH
D．Na2CO3、NaOH、HNO3
解析：选A。除杂过程中不能引入新杂质，同时为保证除杂完全，所加除杂试剂一般过量，然后选择合适的试剂将所加过量的物质除去。粗盐的主要成分为NaCl，除去Ca2＋选用CO，为了不引入新杂质，所加物质的阳离子为Na＋，即选用Na2CO3除去Ca2＋，同理可知，除去Mg2＋需选用NaOH，除去SO需选用BaCl2，因所加除杂试剂均过量，因此向粗盐样品中加入除杂试剂时，BaCl2先于Na2CO3加入，利用Na2CO3除去Ca2＋和多余的BaCl2，因Na2CO3、NaOH均过量，成为新杂质，需要过滤后向滤液中加入HCl溶液，至溶液中不再有气泡产生，以此除去Na2CO3、NaOH，然后将溶液蒸发结晶得到较为纯净的食盐产品。
5．蔗糖与浓硫酸的炭化实验会产生大量的有刺激性气味的气体，会对环境造成污染。某实验小组利用如下装置对该实验进行改进(夹持装置略)。回答下列问题：
注：硬质玻璃管①②③处分别为滴有Na2S溶液、品红溶液、酸性KMnO4溶液的滤纸，a和b分别为两个小气球。
(1)图中盛装浓硫酸的仪器名称为________。
(2)实验开始后先关闭弹簧夹K，硬质玻璃管中①号滤纸变黄，②号和③号滤纸均褪色，a处气球变大。硬质玻璃管中的实验现象说明炭化实验产生的有刺激性气味的气体是SO2，①②③处发生的变化分别说明SO2具有________、________和________(填SO2表现出的性质)。
(3)打开弹簧夹K，a处气球变小，b处气球变大。使三颈烧瓶内气体缓慢通过B瓶和C瓶，一段时间之后，发现澄清石灰水变浑浊。为证明有CO2生成，可以在④号位置的滤纸滴加________溶液，该试剂的作用是
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析：(1)题图中盛装浓硫酸的仪器名称为分液漏斗。(2)①号滴有Na2S溶液的滤纸变黄，有单质S生成，说明SO2具有氧化性。②号滴有品红溶液的滤纸褪色，说明SO2具有漂白性。③号滴有酸性KMnO4溶液的滤纸褪色，说明SO2具有还原性。(3)由于SO2也能使澄清石灰水变浑浊，所以为保证进入C装置的气体全部是CO2，应该在④号位置的滤纸滴加品红溶液，该试剂的作用是检验混合气体中SO2是否完全除尽。
答案：(1)分液漏斗　(2)氧化性　漂白性　还原性
(3)品红　检验混合气体中SO2是否完全除尽