人教版 (2019)必修 第二册第一节 硫及其化合物第2课时学案

课时2　硫酸　硫酸根离子的检验

学习任务一　硫酸

初中学习过硫酸具有酸的通性。下图以稀硫酸为例表示了酸的通性,请你指出有关稀硫酸的四个反应的反应类型。

答案　稀硫酸与Zn反应属于置换反应,其他三个都属于复分解反应。

1.硫酸的用途和制备

(1)用途:硫酸是重要的化工原料,可用于生产化肥、农药、炸药、染料和盐类等。

(2)制备

2.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①　水分　,以及混在气体中的水分子,故常用作干燥剂。 

(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元素和氧元素按②　水　的组成比脱去。下表为浓硫酸与蔗糖反应的实验操作、实验现象及实验结论。 

(3)强氧化性:能氧化大多数金属单质和部分非金属单质。

a.与金属单质的反应

b.与非金属单质的反应

在加热时,浓硫酸与木炭发生反应:⑩　C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O　。 

判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。

1.浓硫酸可用于干燥H2和CO2(　√　)

2.稀硫酸没有氧化性,一般不能发生氧化还原反应(　✕　)

3.稀释浓硫酸,应将水倒入浓硫酸中并及时搅拌(　✕　)

4.纸张、棉布、木材等遇到浓硫酸会炭化,体现了浓硫酸具有吸水性(　✕　)

5.常温下,铜片能溶于浓硫酸(　✕　)

1.胆矾也称蓝矾,其化学式为CuSO4·5H2O,常温下为蓝色固体。取少量胆矾于烧杯中,滴加浓硫酸,发现蓝色固体变成白色,该过程是否属于化学变化?体现了浓硫酸的什么性质?

答案　蓝色固体变成白色,说明胆矾失去结晶水,该过程是化学变化,体现了浓硫酸的吸水性。

2.将1 mol铜箔加入盛有含2 mol H2SO4的浓硫酸的试管中加热。

(1)上述铜箔能否完全溶解?请解释原因。该实验体现了浓硫酸的哪些性质?

(2)如果将上面的1 mol铜箔改为1 mol锌片,锌片能否完全溶解?请解释原因。

答案　(1)不能。因为随着反应的进行,浓硫酸变为稀硫酸,反应停止,所以铜箔不能完全溶解,铜和浓硫酸的反应体现了浓硫酸的强氧化性和酸性。(2)能。锌能与稀硫酸继续反应。

1.浓硫酸的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存在水分子。

2.浓硫酸的反应规律

(1)与活泼金属(如Zn)反应:开始产生SO2,硫酸浓度变小后,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的物质的量应小于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强氧化性(如浓硫酸与碳的反应)。

1.在如下图所示的实验中,实验开始一段时间后,对观察到的现象叙述错误的是(　　)

A.苹果块会干瘪

B.胆矾表面有“白斑”

C.小试管内有晶体析出

D.pH试纸变红

答案　D　D项,pH试纸在浓硫酸中先变红后变黑,因为浓硫酸具有酸性和脱水性,它能使pH试纸先变红然后炭化变黑。

2.下列关于浓硫酸与Cu反应的叙述正确的是(　　)

A.在反应中,浓硫酸只表现出强氧化性

B.该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶2

C.在反应中,浓硫酸既表现出强氧化性,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

答案　C　题述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,浓硫酸既表现出强氧化性,又表现出酸性;该反应为氧化还原反应,在反应中,每2 mol H2SO4参加反应只有1 mol H2SO4被还原,因此还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶1。

3.浓硫酸具有:①难挥发性(高沸点);②酸性;③强氧化性;④吸水性;⑤脱水性。下列各项分别表现了浓硫酸的什么性质,请将序号填于空白处:

(1)浓硫酸与食盐共热,浓硫酸表现的性质是　　　　　　。 

(2)浓硫酸与铜共热,反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　,浓硫酸表现的性质是　　　　　　。 

(3)浓硫酸与红热木炭反应,反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　,浓硫酸表现的性质是　　　　　　。 

(4)可用浓硫酸干燥H2、CO2、HCl等气体,浓硫酸表现的性质是　　　　　　。 

(5)向蔗糖中倒入浓硫酸,蔗糖变黑,体积膨胀,且有刺激性气味的气体产生,浓硫酸表现的性质是　　　　　　。 

答案　(1)①②　

(2)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O　②③

(3)C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O　③

(4)④　(5)③⑤

解析　(1)浓硫酸与食盐共热,生成氯化氢气体,浓硫酸表现了酸性和难挥发性。(2)浓硫酸与铜共热生成硫酸铜、二氧化硫和水,反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O,体现了浓硫酸的强氧化性和酸性。(3)浓硫酸与红热木炭反应生成二氧化碳、二氧化硫和水,反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O,体现了浓硫酸的强氧化性。(4)利用浓硫酸的吸水性干燥气体。(5)向蔗糖中倒入浓硫酸,浓硫酸先按水的组成比脱去蔗糖中的H、O元素,使蔗糖炭化,产生大量的热,再与碳单质反应生成二氧化碳、二氧化硫和水,浓硫酸表现了脱水性和强氧化性。

4.如图为浓硫酸与铜片反应的装置。

请回答:

(1)浓硫酸与铜片反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)反应一段时间后,试管乙中品红溶液的变化是　　　　　　　　　　　　。 

(3)下列有关该实验的说法中,不正确的是　　　　　　。 

A.该反应中浓硫酸只体现酸性

B.试管乙中含有碱液的棉花,其作用是吸收过量的SO2,防止环境污染

C.反应一段时间后,将试管甲中的溶液缓慢倒入盛有水的烧杯里,溶液显蓝色

D.含0.04 mol溶质的浓硫酸与足量的铜片反应,能收集到448 mL的SO2(标准状况)

答案　(1)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O

(2)褪色或红色变浅　

(3)AD

解析　(2)二氧化硫具有漂白性,能使品红溶液褪色,则反应一段时间后,试管乙中品红溶液的变化是褪色或红色变浅。(3)因为有硫酸铜和二氧化硫生成,所以该反应中浓硫酸体现酸性和强氧化性,A错误;因为随着反应的进行浓硫酸变为稀硫酸,稀硫酸与铜不反应,所以含0.04 mol溶质的浓硫酸与足量的铜片反应,不能收集到448 mL的SO2(标准状况),D错误。

学习任务二　硫酸根离子的检验

如图是检验待测液中氯离子的实验过程,请说明可能的实验现象及结论。

答案　滴加足量的硝酸酸化后,再加入硝酸银溶液,如果出现白色沉淀,说明溶液中含有氯离子,如果没有出现白色沉淀,说明溶液中不含有氯离子。

硫酸根离子的检验

1.实验探究

在三支试管中分别加入少量稀硫酸、Na2SO4溶液和Na2CO3溶液,然后各滴入几滴BaCl2溶液,观察现象。再分别加入少量稀盐酸,振荡,观察现象。

2.实验结论

在溶液中,S可与Ba2+反应,生成不溶于稀盐酸的白色BaSO4沉淀。反应的离子方程式为Ba2++S BaSO4↓。

3.稀盐酸酸化的作用

用可溶性钡盐检验S时,C等可能会对检验造成干扰,通常将溶液先用稀盐酸酸化,以排除C等可能造成的干扰,然后加入BaCl2溶液来检验S的存在。

4.实践应用

除去粗盐中的可溶性杂质(可溶性硫酸盐及CaCl2、MgCl2等杂质)

判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。

1.向某溶液中加入氯化钡溶液,若有白色沉淀生成,则溶液中一定含有S(　✕　)

2.能与Ba2+反应产生沉淀的只有S(　✕　)

3.粗盐提纯实验中,最后加入适量稀盐酸的作用是除去多余的OH-和C(　√　)

4.要除去氯化钠溶液中含有的少量氯化镁,可加入适量的氢氧化钠溶液后过滤(　√　)

1.某同学设计了如下实验来检验某试液中是否含有S,流程如下:

试液 白色沉淀 白色沉淀不溶解

结论是试液中含有S。该方案是否严密?请说明理由。

答案　不严密。因为试液中可能含有Ag+而不含S,先加入BaCl2溶液,Ag+与Cl-反应生成的AgCl也是不溶于稀盐酸的白色沉淀。

2.硫酸根离子的检验中,先加入稀盐酸的目的是什么?请结合对应的离子方程式说明。

答案　先加入稀盐酸的目的是排除C、S、Ag+等的干扰。若存在上述离子,则整个过程中可能发生反应的离子方程式为C+2H+ CO2↑+H2O、S+2H+ SO2↑+H2O、Ag++Cl- AgCl↓等。

3.粗盐中除含有不溶性的泥沙外,还含有可溶性的CaCl2、MgCl2、硫酸钠等,我们可以通过分离、提纯等方法制取纯净的氯化钠。

(1)请你分析怎样除去粗盐中不溶性的泥沙?

(2)实验过程中为了将可溶性杂质除净,应该怎样操作?这样操作有什么弊端?

(3)设计除去杂质的实验方案时,除了要考虑所加试剂的种类,还要考虑哪些问题?

(4)在粗盐的提纯实验中,为何氯化钡溶液要在碳酸钠溶液之前加入?加入碳酸钠溶液的目的是什么?

答案　(1)经过溶解、过滤和蒸发可以将不溶性的泥沙除去。

(2)为了将可溶性杂质除净,除杂试剂应稍过量,这样才能将杂质离子全部除去,但过量的除杂试剂又成为新杂质。

(3)应合理安排除杂试剂的加入顺序,同时保证加入的过量除杂试剂在后续操作中能够被除去。

(4)加入碳酸钠溶液的目的是除去钙离子,同时还要除去加入的过量氯化钡,所以氯化钡溶液要在碳酸钠溶液之前加入。

1.S的检验

(1)原理与试剂

利用Ba2++S BaSO4↓(白色),BaSO4具有不溶于盐酸、硝酸的性质。

试剂:稀盐酸和BaCl2溶液。

(2)操作及现象

待测液 无白色沉淀 观察是否有白色沉淀生成

若无白色沉淀生成,说明不含有S,若有白色沉淀生成,说明含有S。

(3)检验的关键:既要注意试剂的选择,又要注意操作顺序,不能颠倒。先加稀盐酸的目的是排除C、S、Ag+等的干扰,无白色沉淀,再加BaCl2溶液,产生白色沉淀,才能证明存在S。

2.粗盐中可溶性杂质的提纯

(1)常用试剂的加入顺序

为使杂质离子完全除去,要加入过量的试剂,后续加入的试剂要能够将前面所加过量的试剂除去,由此可知,Na2CO3溶液要在BaCl2溶液之后加入,通常加入试剂的几种顺序为①BaCl2溶液→NaOH溶液→Na2CO3溶液→盐酸;②NaOH溶液→BaCl2溶液→Na2CO3溶液→盐酸;③BaCl2溶液→Na2CO3溶液→NaOH溶液→盐酸。

(2)注意:应过滤后再加入盐酸,除去过量的Na2CO3和NaOH。

3.分离、提纯的“三必须”“四原则”

(1)“三必须”

①除杂试剂必须稍过量。

②过量试剂必须除尽,且容易除去。

③除杂途径选最佳,有多种杂质时除杂顺序必须合理。

(2)“四原则”

1.检验某溶液中是否含有S,常用的方法是(　　)

A.取样,滴加BaCl2溶液,看是否有不溶于水的白色沉淀生成

B.取样,滴加稀盐酸酸化的BaCl2溶液,看是否有不溶于水的白色沉淀生成

C.取样,滴加稀盐酸,无明显现象,再滴加BaCl2溶液,看是否有不溶于水的白色沉淀生成

D.取样,滴加稀硫酸,再滴加BaCl2溶液,看是否有不溶于水的白色沉淀生成

答案　C　检验S时,需要首先加入稀盐酸以排除C、S、Ag+等的干扰,然后加入BaCl2溶液。A项中不能排除C和Ag+等的干扰,B项中不能排除Ag+的干扰,D项中引入S。

2.为了除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、S和泥沙,可先将粗盐溶于水,然后进行下列五项操作:①过滤　②加过量NaOH溶液　③加适量盐酸　④加过量Na2CO3溶液　⑤加过量BaCl2溶液,正确的操作顺序是(　　)

A.①④②⑤③ B.④①②⑤③

C.②④⑤①③ D.⑤②④①③

答案　D　首先要明确除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、S,可分别加入Na2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液,且三种溶液均过量,才能使杂质离子分别变成CaCO3、Mg(OH)2、BaSO4沉淀;而过量的BaCl2溶液只能用Na2CO3溶液除去,故要先加入BaCl2溶液,再加入Na2CO3溶液,才能保证将过量的BaCl2一并除去;而剩余的NaOH和Na2CO3只需要在过滤后再加入适量盐酸即可被除去,故D正确。

3.为了除去氯化钠样品中的杂质碳酸钠,某兴趣小组最初设计了如下方案进行实验。

(1)沉淀A的化学式为　　　　　　。 

(2)加入过量氯化钙溶液后,分离除去沉淀A的实验操作是　　　　　　。 

(3)他们在实验过程中,又发现了新的问题:此方案很容易引入新的杂质,所以固体物质B的成分

为　　　　　　　(用化学式表示)。 

(4)他们又提出了新的方案:将混合物溶解,滴加盐酸至不再产生气泡为止,然后加热煮沸。有关反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案　(1)CaCO3

(2)过滤

(3)NaCl、CaCl2

(4)Na2CO3+2HCl 2NaCl+H2O+CO2↑

解析　若用过量CaCl2溶液除去Na2CO3,会引入新杂质CaCl2,蒸发后所得固体物质B应是NaCl和CaCl2的混合物;应用盐酸除去Na2CO3,则溶液中会留下NaCl和HCl,蒸发结晶可得较纯净的NaCl(HCl挥发)。