人教版 (2019)必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第一节 硫及其化合物学案设计

硫酸　硫酸根离子的检验

知识点一　硫酸及其盐

1．工业制硫酸的原理示意图

上述流程涉及的化学方程式为S＋O2SO2或4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2，2SO2＋O22SO3，SO3＋H2O===H2SO4。

2．硫酸的酸性

(1)电离方程式：H2SO4===2H＋＋SO。

(2)写出稀硫酸与Zn、CuO、NaOH溶液、NaHCO3溶液反应的离子方程式分别为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑、CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O、H＋＋OH－===H2O、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。

3．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，可用于作干燥剂。

(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和氧按水的组成比脱去。

(3)强氧化性

①与金属Cu反应的化学方程式为2H2SO4(浓)＋CuCuSO4＋SO2↑＋2H2O。反应中氧化剂是浓硫酸，还原剂是Cu，还原产物为SO2。

②与非金属的反应

浓硫酸与木炭反应的化学方程式为C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。反应中氧化剂为浓硫酸，还原剂为C，还原产物为SO2。

4．常见硫酸盐

(1)石膏(化学式为CaSO4·2H2O)，加热失水变为熟石膏(化学式为2CaSO4·H2O)，应用于制作各种模型和医疗用的石膏绷带，工业上还用于调节水泥的硬化速率。

(2)硫酸钡又称“重晶石”或“钡餐”，用于生产其他钡盐的原料或消化系统X射线检查的内服药剂。

(3)硫酸铜为白色粉末，CuSO4结合水后变为蓝色晶体胆矾(化学式为CuSO4·5H2O)，又称蓝矾。无水CuSO4可用于检验H2O的存在。胆矾和石灰乳混合制成一种常用的农药——波尔多液。

(4)明矾[化学式为KAl(SO4)2·12H2O]，明矾可以净水。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)工业上一般硫酸以硫黄或黄铁矿为原料制备硫酸。 (√)

(2)FeS2高温与O2反应生成Fe2O3和SO3。 (×)

(3)浓硫酸在常温下与Fe反应生成H2。 (×)

(4)浓硫酸可以作为Cl2、H2、NH3的干燥剂。 (×)

　某报刊曾报道下面一段新闻“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杂草等被腐蚀成黑色，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：

(1)“路边杂草被腐蚀成黑色”其原因是__________________。

(2)浓硫酸为不挥发性强酸，为什么说“到处弥漫着刺鼻的气味”？_______________________________________。

提示：(1)浓硫酸使草炭化　(2)炭化后的碳与浓硫酸反应生成SO2

知识点二　硫酸根离子的检验

1．SO的检验

(1)实验探究：①稀硫酸或Na2SO4溶液现象为有白色沉淀生成，加盐酸后白色沉淀不溶解；

②Na2CO3溶液现象为有白色沉淀生成，加盐酸后白色沉淀溶解且放出气体。

(2)SO的检验一般思路：待测液无沉淀无气体生成有白色沉淀生成。

2．粗盐中可溶性杂质的除去

　粗盐中的SO、Mg2＋、Ca2＋的除杂试剂及其顺序如何？

提示：过量的BaCl2溶液→过量的NaOH溶液→过量的Na2CO3溶液→适量稀盐酸或过量的NaOH溶液→过量的BaCl2溶液→过量的Na2CO3溶液→适量稀盐酸或过量的BaCl2溶液→过量的Na2CO3溶液→过量的NaOH溶液→适量稀盐酸

探究1：蔗糖的脱水实验

现象1：蔗糖逐渐变黑。原因是浓硫酸具有脱水性：

C12H22O1112C＋11H2O。

现象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。原因是浓硫酸具有强氧化性，把C氧化成CO2，并有SO2气体放出。

探究2：浓硫酸与Cu的反应

1．a、b、c试管中的现象分别是什么？

提示：a中铜丝变黑，有气体逸出；b中品红溶液逐渐变为无色；c中溶液变为红色。

2．浸NaOH溶液棉团的作用是什么？写出反应的离子方程式。

提示：吸收尾气SO2，防止污染空气。

SO2＋2OH－===SO＋H2O。

3．b中现象说明了什么？

提示：浓硫酸与Cu共热生成SO2，同时说明SO2具有漂白性。

4．Cu与浓硫酸的反应中，浓硫酸表现了什么性质？

提示：强氧化性和酸性。

5．50 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的理由是什么？

提示：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，故生成的SO2小于0.46 mol。

1．浓硫酸吸水性、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．浓硫酸的强氧化性

(1)本质：浓硫酸具有强氧化性，是因为H2SO4分子中＋6价的硫元素具有很强的得电子能力。

(2)反应规律：

①Fe、Al在浓硫酸中钝化。常温下，当Fe、Al遇到浓硫酸时，会与浓硫酸发生反应，表面生成一层致密的氧化物薄膜而出现“钝化”现象。

②常温下，浓硫酸与活泼金属反应(铁、铝除外)表现强氧化性和酸性，生成硫酸盐、H2O和SO2；浓硫酸变稀后，只表现酸性，与活泼金属反应生成的气体为H2。

③浓硫酸与不活泼金属和非金属反应的规律。

a．反应需要加热，否则不反应。

b．还原产物一般是SO2，金属一般被氧化为高价态金属的硫酸盐，非金属一般被氧化为高价态氧化物或含氧酸。

c．浓硫酸与金属反应时，既表现酸性又表现强氧化性；而与非金属反应时，只表现强氧化性。

d．随着反应的进行，浓硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，反应即停止。

④浓硫酸可与某些具有还原性的化合物反应，如与H2S、HI、HBr、FeCl2等物质反应。

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．蓝色胆矾晶体滴加浓硫酸时变为白色固体

C．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气、H2S等气体

D．浓硫酸与铜片共热的反应中，浓硫酸只表现强氧化性

B　[浓硫酸具有脱水性，能使蔗糖中H、O元素以水的形式脱出，从而使蔗糖炭化变黑，与吸水性无关，A错误；浓硫酸具有吸水性，能吸收胆矾晶体中的结晶水，可以使蓝色的胆矾晶体失水变为白色固体，B正确；浓硫酸是一种氧化性酸，能和氨气、H2S反应，故不能干燥氨气、H2S，C错误；浓硫酸与铜片共热的反应中，浓硫酸既表现出强氧化性，又表现出酸性，D错误。]

2．下列叙述不正确的是(　　)

A．浓H2SO4使木材、纸张变黑体现了浓H2SO4的脱水性

B．浓硫酸与单质硫反应的化学方程式为S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O，在此反应中，浓硫酸既表现了强氧化性又表现了酸性

C．把足量铜粉投入只含2 mol H2SO4的浓硫酸中，充分加热后得到气体体积(标准状况下)不足22.4 L

D．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使其钝化

B　[浓H2SO4与S共热生成SO2和H2O的反应，H2SO4只表现强氧化性，B不正确。]

浓硫酸与稀硫酸的鉴别方法

(1)取少量蒸馏水，向其中加入少量试样，能够放出大量热的为浓硫酸，反之为稀硫酸。

(2)观察状态：呈黏稠状的是浓硫酸，而黏稠度较小的是稀硫酸。

(3)取体积相等的两液体，用手掂掂，质量较大的是浓硫酸。

(4)取少量试样，向其中加入铁片，若能够产生大量气泡的则为稀硫酸(Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑)；若无明显现象(钝化)的则为浓硫酸。

(5)用玻璃棒分别蘸取试样在纸上写字，字迹立即变黑(浓硫酸的脱水性)的为浓硫酸，另一种为稀硫酸。

1．分析下列说法是否正确？不正确的说明原因。

(1)溶液中加入BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，说明溶液中含有SO。

(2)溶液中加入盐酸酸化的BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，说明溶液中含有SO。

(3)溶液中先加入盐酸，无沉淀生成，再加BaCl2溶液有白色沉淀生成，说明溶液中含SO。

(4)溶液中加入硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，有白色沉淀生成，说明溶液含SO。

提示：(1)错误，Ag＋、CO、SO等离子干扰。

(2)错误，Ag＋干扰。

(3)正确。

(4)错误，SO干扰。

2．设计方案除去NaCl溶液中的Ca2＋和OH－。(写出流程图)

提示：

1．SO的检验

(1)一般思路

待检验溶液无明显现象(若有沉淀，则静置后取上层清液)观察有无白色沉淀产生(若有白色沉淀产生，则说明待检验溶液中含有SO；若无白色沉淀产生，则说明待检验溶液中不含SO)。

(2)排除干扰

①Ag＋干扰：用盐酸酸化可排除Ag＋的干扰。

②CO、SO、PO干扰：BaCO3、BaSO3、Ba3(PO4)2都是白色沉淀，与BaSO4白色沉淀不同的是，这些沉淀可溶于强酸中，因此检验SO时，必须先用盐酸酸化。不能用硝酸酸化，因在酸性条件下，SO、HSO等会被溶液中的NO氧化为SO，从而干扰检验结果。

2．除去粗盐中可溶性杂质的步骤

说明：根据原理可知，Na2CO3溶液既可除去CaCl2，又可除去过量的BaCl2，故Na2CO3溶液必须在加BaCl2溶液之后加入，盐酸要除去过量的Na2CO3和NaOH，故应过滤后向滤液中加入盐酸至溶液呈中性。故加入顺序可以为

①过量的BaCl2溶液→过量的NaOH溶液→过量的Na2CO3溶液→适量稀盐酸；

②过量的NaOH溶液→过量的BaCl2溶液→过量的Na2CO3溶液→适量稀盐酸；

③过量的BaCl2溶液→过量的Na2CO3溶液→过量的NaOH溶液→适量稀盐酸。

3．向某溶液中滴入BaCl2溶液，产生白色沉淀，再滴入稀盐酸，沉淀不溶解，则该溶液中(　　)

A．一定有SO   B．可能有SO或Ag＋

C．一定无Ag＋   D．可能有CO

[答案]　B

4．为了除去KCl固体中少量的MgCl2、MgSO4，可选用Ba(OH)2溶液、盐酸和K2CO3溶液三种试剂，按下图步骤操作：

(1)写出三种试剂的化学式：

A________，B________，C________。

(2)①加入过量A溶液的目的是________________________，

有关反应的化学方程式为__________________________________________

____________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

②加入过量B溶液的目的是____________________________，

有关反应的化学方程式为________________________________。

③加热煮沸的目的是___________________________________。

(3)操作Ⅰ是________，操作Ⅱ是________。

[解析]　要使杂质一一除去，必须考虑到所加试剂是过量的，而且过量的试剂在后面步骤中必须除去，要除去Mg2＋和SO，可选用过量的Ba(OH)2溶液。过量的Ba2＋可用过量的K2CO3溶液除去，过量的K2CO3可用适量的稀盐酸除去，最后加热煮沸可除去HCl。

[答案]　(1)Ba(OH)2　K2CO3　HCl

(2)①除尽Mg2＋和SO　MgCl2＋Ba(OH)2===BaCl2＋Mg(OH)2↓，MgSO4＋Ba(OH)2===BaSO4↓＋Mg(OH)2↓　②除尽过量的Ba2＋　Ba(OH)2＋K2CO3===BaCO3↓＋2KOH，BaCl2＋K2CO3===BaCO3↓＋2KCl　③使HCl挥发

(3)过滤　蒸发

物质的分离和提纯的“三个必须”和“四个原则”

(1)三个必须

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)四个原则

1．下列反应式不正确的是(　　)

A．SO2转化为SO3：2SO2＋O22SO3

B．稀硫酸与Fe反应：2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑

C．Zn与浓硫酸反应：Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O

D．C与浓硫酸反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O

[答案]　B

2．在下图所示的实验装置中，从实验开始到过一段时间后，对观察到的现象叙述不正确的是(　　)

A．①中苹果块会干瘪

B．②中胆矾晶体表面有“白斑”

C．③中小试管内有晶体析出

D．④中pH试纸变红

D　[浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性。苹果块的水分被浓硫酸吸收变干瘪；胆矾晶体中的结晶水被浓硫酸吸收，表面出现“白斑”；饱和硝酸钾溶液中的部分溶剂被浓硫酸吸收，溶液中有晶体析出；由于浓硫酸具有脱水性，会使pH试纸变黑。]

3．(素养题)(双选)国家为了规范管理危险品，颁布了《危险品目录》，其中硫酸是危险品，且是第三类易制毒。经营硫酸，要有危险化学品经营许可证。下列关于硫酸性质的描述中，正确的是(　　)

A．浓硫酸有氧化性，稀硫酸无氧化性

B．由于浓硫酸具有脱水性，故可用来与蔗糖反应做“黑面包”实验

C．稀硫酸与铁、铝反应，浓硫酸在常温下不与铁、铝反应

D．浓硫酸与Cu的反应中有少量黑色固体生成，可能是CuO

BD　[浓硫酸具有强氧化性，稀硫酸中H＋具有氧化性，A项错；浓硫酸可将有机物中H、O两种元素按水的组成比脱去，使蔗糖炭化变黑而成“黑面包”，表现了浓硫酸的脱水性，B项正确；浓硫酸在常温下可将铁、铝氧化，在其表面形成致密的氧化物薄膜而发生钝化，C项错。]

4．为了除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO和泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行五项操作：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

D　[首先要明确除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO，可分别加入Na2CO3溶液、NaOH溶液和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，过量的BaCl2溶液只能用Na2CO3溶液除去，故要在加入BaCl2溶液之后加入Na2CO3溶液，才能保证不引入新杂质Ba2＋，而多余的NaOH和Na2CO3只需要在过滤后再加入盐酸即可，至于NaOH溶液的加入顺序，只要在过滤前加入就可除去Mg2＋，故D项正确。]

5．(素养题)(2021·临沂高一检测)某同学设计实验证明铜与浓硫酸能发生反应，并检验生成气体的性质，如图所示，在试管里加入2 mL浓硫酸，用带导管和一个小孔的胶管塞紧，从孔中插入一根铜丝，加热，把放出的气体依次通入品红溶液和石蕊溶液中。

请回答下列问题：

(1)写出铜与浓硫酸反应的化学方程式：_________________。

(2)试管a、b分别检验生成气体的性质，写出观察到的现象及其性质。

试管a中的现象是________，性质是_____________________。

试管b中的现象是________，性质是_____________________。

(3)将铜丝改为铁丝，生成的气体除了SO2外，还有气体为________。

[解析]　(1)铜与浓硫酸加热发生氧化还原反应，反应的化学方程式是Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(2)反应产生的SO2有漂白性，可以使品红溶液褪色，SO2溶于水，与水发生反应产生亚硫酸，电离产生H＋，使溶液显酸性，因此可以使紫色石蕊溶液变为红色。

(3)当浓硫酸变为稀硫酸时，稀H2SO4与Fe反应生成H2。

[答案]　(1)Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O

(2)品红溶液褪色　漂白性　石蕊溶液变红　酸性

(3)H2