1、第三节 硫酸 硫酸工业1掌握硫酸的化学性质。2以硫酸为例，了解化工生产中化学反应原理的确定。初步了解原料与能源的合理利用，“三废处理”与环境保护及生产过程中的综合经济效益问题。3了解常见硫酸盐的性质及用途。4初步了解污水处理的基本原理。一、硫酸1物理性质纯硫酸是色液体，易溶于水，能以与水混溶，溶于水时大量的热。浓硫酸密度，沸点，挥发。2浓H2SO4的特性(1)吸水性：浓H2SO4可水分子，可作剂，可用浓H2SO4干燥的气体主要有等，不能用来干燥NH3。无油状任意比放出大高难直接吸收干燥H2、O2、CO2、SO2、Cl2、HCl、HF(2)脱水性：浓H2SO4可使有机物中的以水的组成从有机物分子
2、中“脱离”出来而被其吸收。浓H2SO4对有机物有强烈的腐蚀性，当不慎在皮肤上沾上浓H2SO4时应迅速拭去，再用大量的冲洗。氢、氧元素用干布水(3)强氧化性：浓H2SO4的氧化性是分子中6价的硫元素表现的，浓H2SO4的还原产物一般为。与金属反应：除Au、Pt以外的绝大多数金属都能与浓H2SO4作用如与Cu：常温下，浓H2SO4可使Fe、Al，因此可用铁或铝的容器贮存浓H2SO4。SO2钝化与非金属反应(与C、S)：与某些还原性的化合物反应H2S、HBr、HI都可被浓H2SO4氧化，故不可用浓H2SO4干燥这三种气体(SO2可用浓H2SO4干燥)。3硫酸的用途制取过磷酸钙、硫酸铵，除金属表面上的
3、氧化膜，制取农药、医药、炸药、染料等，精炼石油，用做干燥剂、催化剂、脱水剂等。【自我检测】硫酸在下列用途或反应中表现的性质是：A.高沸点 B强酸性 C吸水性 D脱水性 E强氧化性 F催化作用(1)与Ca3(PO4)2反应制H3PO4_；(2)实验室制HCl气体_；(3)实验室制取乙烯气体_；(4)用作H2、SO2、Cl2等气体的干燥剂_；(5)铁制容器可盛放浓硫酸_；(6)清洗镀件_；(7)浓硫酸能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红，后来又变黑_。答案：(1)B(2)A(3)DF(4)C(5)E(6)B(7)BD 二、硫酸工业1硫酸工业生产原理和典型设备2.硫酸工业中的三废处理及能量的充分利用(1)尾
4、气处理(氨吸收法)：SO22NH3H2O=(NH4)2SO3，(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4H2OSO2，生成的(NH4)2SO4作化肥，SO2气体输回车间作原料。(2)污水处理(石灰乳中和法)：Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O，CaSO4是石膏的主要成分。(3)废渣的利用：制水泥、渣砖，含铁品位高的矿渣可作原料。炼铁(4)能量的再利用：充分利用反应热，降低生产成本。(5)生产规模和厂址的选择。规模：年产4万吨以上。厂址的选择：涉及原料、水源、土地供应、市场需求、交通运输、环境保护等诸多因素，应综合考虑权衡利弊。【自我检测】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化为
5、SO3,2SO2O22SO3；H0，已知常压下平衡混合气体中SO3体积分数为91%。试回答：(1)在生产中常用过量的空气是为了_；(2)加热到400500 是由于_；(3)压强采用_，原因是_；(4)常用浓H2SO4来吸收SO3而不用水，因为。答案：(1)增大氧气浓度，提高成本较高的SO2的转化率(2)在此温度下，催化剂活性强，反应速率快，可缩短到达平衡的时间，提高单位时间内SO3的产率(3)常压 因常压下平衡混合气体中SO3的体积分数已达91%，若再加压，对设备动力系统要求高，成本高，加压已无实际意义(4)用水吸收易形成酸雾，降低吸收速率；防止空气污染三、常见的硫酸盐硫酸盐 结晶水合物 俗名
6、 主要用途 Na2SO4 Na2SO410H2O 芒硝 制玻璃、造纸工业 CaSO4 CaSO42H2O 生石膏(石膏)制粉笔、模型、雕像 2CaSO4H2O 熟石膏 BaSO4 重晶石 作白色颜料、“钡餐”FeSO4 FeSO47H2O 绿矾 补血剂、制蓝黑墨水 CuSO4 CuSO45H2O 蓝矾 制农药、电镀液 KAl(SO4)2 KAl(SO4)212H2O 明矾 净水剂【自我检测】医疗上用来作“钡餐”的物质是_，原因是它既不溶于水，也不溶于胃酸中的盐酸，不会产生有毒的_。如果误食了碳酸钡，可用_做解毒剂，其解毒原理是：_。答案：BaSO4 Ba2 芒硝(Na2SO410H2O)Ba2
7、=BaSO4(1)浓硫酸、稀硫酸的比较 物质 性质 浓硫酸 稀硫酸 电离情况 H2SO4=2H 主要微粒 H2SO4分子(H2O)H、(H2O)颜色、状态 无色黏稠油状液体 无色液体 物质 性质 浓硫酸 稀硫酸 化学性质 三大特性：脱水性 吸水性 强氧化性 酸的五个通性：与酸、碱指示剂反应 与活泼金属反应生成盐和氢气 与碱性氧化物反应生成盐和水 与某些盐反应生成新酸和新盐 与碱中和反应生成盐和水(2)浓硫酸和稀硫酸的鉴别观察状态，浓硫酸为油状黏稠液体，而稀硫酸为均一透明液体。利用密度，手掂掂分量，相同体积时浓硫酸的质量大。取少量蒸馏水，向其中加入少量硫酸溶液，能放出大量的热，则为浓硫酸，反之则
8、为稀硫酸。取少量液体，分别加入铁片，能产生气泡的为稀硫酸，无气泡产生的为浓硫酸。用玻璃棒蘸取试样在纸上写字，立即使纸炭化变黑的溶液为浓硫酸，不能使其炭化的为稀硫酸。取少量试样，投入胆矾，能使蓝色晶体变白的为浓硫酸，使晶体溶解的为稀硫酸。取少量试样，分别投入一小块铜片，稍加热，产生刺激性气味气体且溶液变蓝的为浓硫酸，无明显现象的为稀硫酸。滴入石蕊溶液并微热，浓硫酸先变红然后红色消失，稀硫酸只变红色。虽然浓H2SO4有强氧化性，SO2有比较强的还原性，但因H2SO4中的S为6价，SO2中的S为4价，没有中间价态，故浓H2SO4不能氧化SO2。2010北京)用下图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜
9、丝与过量浓硫酸的反应。下列实验不合理的是()A上下移动中铜丝可控制SO2的量B中选用品红溶液验证SO2的生成C中选用NaOH溶液吸收多余的SO2D为确认CuSO4生成，向中加水，观察颜色解析：移动铜丝可控制铜丝与浓硫酸的接触，即控制SO2的生成量，故A合理。SO2能使品红溶液褪色，即B合理。SO2有毒且属于酸性氧化物故C合理。浓硫酸过量，所以向中加水可能发生危险，应待反应液冷却后，慢慢倒入盛水的小烧杯中，并不断搅拌，观察颜色。答案：D 变式训练1.(2011上海联考)某学习兴趣小组的同学为探究浓硫酸的吸水性设计了如下实验，理论上能达到实验目的的有()A BCD解析：四个实验系统内都由于特定装置
10、中的水的失去(风化、挥发、蒸发)，而被浓硫酸吸收。袋内的碳酸钠晶体的质量逐渐减小；袋内的鲜梨块逐渐干瘪；试管底部析出晶体；盛水的烧杯内水面逐渐降低。综合看来D对。答案：D(1)原理：利用Ba2=BaSO4(白色)，BaSO4具有不溶于盐酸、硝酸的特性。(2)试剂：可溶性钡盐BaCl2或Ba(NO3)2溶液、盐酸或稀硝酸。(3)检验的方法 检验 通常是通过形成不溶于酸的白色沉淀BaSO4来进行，但必须排除Ag和 的干扰。甲、乙两位同学各设计了一个实验来检验，且都认为自己的试样中含有，其方案如下：回答下列问题：(1)你认为甲、乙两位同学所设计的实验方案是否严谨，甲：_；乙：_(填“严谨”或“不严谨
11、”)。并说明理由_。(2)如果你认为甲、乙方案均不严谨，请你设计一个合理的实验方案：_。解析：(1)甲方案不严谨，因为当试样中含有Ag而不含有 时，加入BaCl2溶液，能生成不溶于盐酸的AgCl白色沉淀，干扰 的检验。乙方案不严谨，因为当溶液中含有 而不含有 时，加入Ba(NO3)2溶液，生成BaSO3白色沉淀，再加入稀HNO3，BaSO3会被HNO3氧化成BaSO4沉淀，干扰 的检验。(2)正确检验 的方法为：先向溶液中加入盐酸酸化，排除掉Ag或 的干扰，再加入BaCl2溶液看是否有白色沉淀生成。答案：(1)不严谨 不严谨 甲没有排除Ag的干扰，乙没有排除的干扰(2)往试样中先加入盐酸酸化，
12、没有沉淀产生(排除Ag的干扰，并消除的干扰)，再加入氯化钡溶液，若有白色沉淀产生，则证明溶液中一定有变式训练2.对某酸性溶液(可能含有Br、H2SO3、)分别进行如下实验：加热时放出的气体可以使品红溶液褪色；加碱调至碱性后，加热时放出的气体可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝；加入氯水时，溶液略显黄色，再加入BaCl2溶液，产生的白色沉淀不溶于稀HNO3。对于下列物质不能确认其在原溶液中是否存在的是()ABrBCH2SO3D解析：加热时放出的气体可以使品红溶液褪色，则原溶液中一定含有H2SO3，因H2SO3不稳定，分解产生的SO2可使品红溶液褪色。加碱加热后，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，即有N
13、H3产生，说明原溶液中一定含有 。加入氯水时，溶液略显黄色，说明原溶液中含有Br。再加BaCl2溶液有不溶于稀HNO3的白色沉淀生成，说明此时溶液中含 ，但可能是原溶液含有的，也可能是氯水氧化H2SO3产生的，故不能确定在原溶液中是否存在 。答案：B 以硫酸的通性和特性及工业制法为载体的氧化还原反应知识，工艺流程，反应热及热化学方程式，多步反应的计算，环境保护等多方面知识的综合考查，是高考对本节考查的热点和特点。预测2012年的高考命题趋势是：以化学反应速率及化学平衡理论指导接触法制硫酸条件的选择。再以制硫酸和环境保护为背景考查反应热，热化学方程式的书写及其有关的实验和计算。(2010福建)工
14、业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：【探究一】(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是_。(2)另称取铁钉6.0 g放入15.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。甲同学认为X中除Fe3外还可能含有Fe2。若要确认其中的Fe2，应选用_(选填序号)。aKSCN溶液和氯水 b铁粉和KSCN溶液c浓氨水 d酸性KMnO4溶液乙同学取336 mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，发生反应：SO2Br22H2O=2HBrH2SO4然后加入
15、足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥固体2.33 g。由此推知气体Y中SO2的体积分数为_。【探究二】分析上述实验中SO2体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有H2和Q气体。为此设计了下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)。(3)装置B中试剂的作用是_。(4)认为气体Y中还含有Q的理由是_(用化学方程式表示)。(5)为确认Q的存在，需在装置中添加M于_(选填序号)。aA之前bAB间cBC间dCD间(6)如果气体Y中含有H2，预计实验现象应是_。(7)若要测定限定体积气体Y中H2的含量(标准状况下约有28 mL H2)，除可用测量H2体积的方法外，可否选用质量称量的方法？做出判断并说明理由
16、_。解析：探究一，(2)Fe2能被酸性KMnO4氧化，的紫色会变浅或消失；中2.33 g BaSO4为0.01 mol，即336 mL气体中含SO2 0.01 mol(224 mL)，所以Y中SO2的体积分数为66.7%。探究二，因铁钉是一种碳素钢，含有碳元素，当铁钉被浓硫酸溶解时，碳也可能被氧化成二氧化碳，故Q是二氧化碳气体。答案：(1)铁钉表面被钝化(或其他合理答案)(2)d 66.7%(或其他合理答案)(3)检验SO2是否除尽(4)C2H2SO4(浓)CO22SO22H2O(5)c(6)D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝(7)否，用托盘天平无法称量D或E的差量(或可，用分析天平称量D或E
17、的差量)1下列关于浓硫酸的叙述正确的是()A浓硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化B浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体C浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体D浓硫酸在常温下能够使铁、铝等金属钝化解析：根据浓硫酸主要有吸水性、脱水性、强氧化性等性质可知：A项的蔗糖(C12H22O11)分子中本身没有水分子，浓硫酸只能将分子中的H、O原子按21的比例脱去，使其“炭化”变黑，这是脱水性的体现。而吸水性是吸收物质中本身含有的水(分子)，这是二者的差别。B项中，浓硫酸的强氧化性是其中6价态的硫表现出来的，它能与不太活泼的金属铜反应，但是该反应一般要在加热的条件下才能明显发生：Cu2H2S
18、O4(浓)CuSO4SO22H2O。C项中，因为浓硫酸具有吸水性，常作为干燥剂。但由于它本身是一种强酸，能与氨气发生反应生成硫酸铵，所以，可用于氢气和一些酸性气体的干燥而不能用于氨气的干燥。D项中，由于浓硫酸的强氧化性，在常温下，铁、铝等金属遇浓硫酸时表面会形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止反应的继续发生，这就是钝化。所以，本题正确答案为D。答案：D2下列说法正确的是()硫酸厂生产过程中的污水，含有硫酸等杂质，可用石灰乳中和处理 充分利用硫酸厂生产过程中产生的“废热”，可使硫酸厂向外界输出大量的能量 硫酸厂靠近原料产地比靠近硫酸消费中心更为有利 硫酸厂可建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区A
19、BCD解析：硫酸厂厂址的选择要从原料、水源、能源土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等几个方面入手，同时硫酸属于危险品，运输不方便，厂址靠近硫酸消费中心更安全、有利，同时不能建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区。答案：A 3在如图的实验装置中，从实验开始到过一段时间，对看到的现象叙述不正确的是()A苹果块会干瘪BpH试纸变红C胆矾晶体表面有“白斑”D小试管内有晶体析出解析：A、C、D都考查了浓硫酸的吸水性，C项中的“白斑”是失去了结晶水后的CuSO4变白，D项由于饱和溶液的溶剂减少，所以析出晶体；B项考查浓硫酸的脱水性，pH试纸会变黑。答案：B 4浓硫酸和2 mol/L的稀硫酸，在实验室中
20、敞口放置。它们的质量和放置天数的关系如下图。分析a、b曲线变化的原因是()Aa升华、b冷凝Ba挥发、b吸水Ca蒸发、b潮解Da冷凝、b吸水解析：挥发水分与吸收水分同时存在于溶液界面的两个过程浓硫酸吸水为主，稀硫酸挥发水分为主B项正确。答案：B5为了模拟工业生产硫酸的流程，某小组同学设计了如下装置(甲装置左侧的装置略)：(1)工业生产中，从沸腾炉出来的气体，在进行催化氧化之前必须先净化的原因是_。(2)在工业生产中，与装置甲作用相同的设备名称是_，与装置乙作用相同的设备名称是_。(3)反应中通入的V(SO2)V(O2)12，其目的是_，若选择更高效的催化剂和升高反应温度_达到该目的(填“能”或“不能”)。(4)实验时先关闭K1，打开K2，过一会儿再打开K1、关闭K2，在装置乙和丙中产生白雾的是_。(5)已知液体X既不易溶解硫的氧化物，也不易溶解氧气，则装置丁的作用是_。(6)本套装置中有一处明显的缺陷，请指出_。答案：(1)混合气中含有砷、硒化合物，能够使催化剂中毒，有水蒸气，能够腐蚀设备，必须除去(2)接触室 吸收塔(3)通入适当过量的O2可以提高SO2的转化率 不能(4)丙(5)使装置内的压强维持在一定范围，防止乙、丙装置内的液体倒吸(6)缺少尾气处理装置，应在乙和丙后连接盛有烧碱溶液的洗气瓶练规范、练技能、练速度