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高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第一单元 含硫化合物的性质第2课时导学案
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这是一份高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第一单元 含硫化合物的性质第2课时导学案，共12页。学案主要包含了硫酸的工业制备，浓硫酸的性质 硫酸盐等内容，欢迎下载使用。
一、硫酸的工业制备
【自主探索】
吸收SO3时，为什么不用水吸收而是用98.3 % 的浓H2SO4吸收SO3？
提示：防止SO3溶于水时，反应放出大量的热导致酸雾，降低吸收效率且腐蚀设备。
【自主探索】
(情境思考)由于工业战略发展的需要，某地区打算建厂制备硫酸，项目负责人员正在考虑采用硫黄制酸还是硫铁矿制酸。如果你是负责人，你会收集哪些资料作为依据进行选择？(可从硫的含量、价格等角度分析)
提示：硫铁矿中FeS2的质量分数一般为20%～50%，制酸工艺过程中所产生的矿渣和废气使生产装置变得较为复杂。而采用硫黄制酸法，工艺流程和设备相对简易。硫黄含杂质少，燃烧生成的气体含杂质少，可免去气体净化的过程，制备过程也不产生矿渣。因此，硫铁矿制酸投资几乎是同等规模硫黄制酸设备的两倍。但硫黄原料价格高于硫铁矿，具体选用何种硫酸制备工艺，应根据实际条件和要求进行决策。
二、浓硫酸的性质 硫酸盐
1.浓硫酸的物理性质：
注意：浓硫酸溶解时可放出大量的热。稀释浓硫酸时应将浓硫酸沿器壁(或玻璃棒)慢慢注入水中，并不断搅拌，且不可把水倒入浓硫酸中！
2.浓H2SO4的特性：浓H2SO4中主要是H2SO4分子，因而浓H2SO4具有一些特殊的性质。
(1)吸水性：利用浓H2SO4的吸水性，其常用作干燥剂，但不能干燥碱性气体和还原性气体，如NH3、HI、H2S。
(2)脱水性：浓H2SO4能够将有机物里的氢、氧元素按原子个数2∶1的比例脱去，如浓硫酸使蔗糖、蛋白质脱水炭化。
(3)强氧化性：
①常温下，铁、铝遇浓H2SO4发生“钝化”。原因：金属表面形成了致密的氧化物保护层。所以常温下可用铁、铝槽车装运浓硫酸。
②能氧化不活泼的金属，如与Cu反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。
③能氧化非金属单质，如与C反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。
3.硫酸的用途：
化肥、医药、农药的生产，金属矿石的处理，金属材料的表面清洗。
4.几种重要的硫酸盐及其用途：
(1)硫酸钙
①化学式：石膏CaSO4·2H2O，熟石膏2CaSO4·H2O。
②熟石膏与水混合成糊状后会很快凝固，转化为坚硬的石膏。
③石膏常用于制作各种模型和医疗上用的石膏绷带。在水泥生产中，可用石膏调节水泥的凝结时间。
(2)硫酸钡
①硫酸钡不容易被X射线透过，在医疗上可用作检查肠胃的内服药剂，俗称“钡餐”。
②硫酸钡可用作白色颜料，并可作高档油漆、油墨、造纸、塑料、橡胶的原料及填充剂。
(3)硫酸亚铁
①硫酸亚铁的结晶水合物俗称绿矾，其化学式为FeSO4·7H2O。
②在医疗上硫酸亚铁可用于生产防治缺铁性贫血的药剂。
③在工业上它还是生产铁系列净水剂和颜料氧化铁红的原料。
【自主探索】
下列分别体现了硫酸的什么性质？
(1)用浓硫酸和蔗糖做“黑面包”实验，体现了浓硫酸具有脱水性和强氧化性。
(2)浓硫酸可以用来干燥H2、CO2等气体，体现了浓硫酸具有吸水性。
(3)铜与浓硫酸在加热条件下可以反应产生SO2，体现了浓硫酸具有强氧化性与酸性。
(4)常温下，浓硫酸能用铁制容器盛放，体现了浓硫酸具有强氧化性。
知识点 浓硫酸的性质
浓硫酸的特性：
【方法导引】
浓硫酸在化学反应中表现性质的判断
浓硫酸具有强酸性，又具有强氧化性，因此在化学反应中可表现氧化性或酸性，也可同时表现氧化性和酸性。
(1)若硫酸在生成物中以盐的形式存在，反应前后硫元素化合价不变，则只表现酸性。
(2)若硫酸在化学反应中全部被还原，生成物中无硫酸盐生成，则只表现氧化性。
(3)若硫酸在化学反应中硫元素化合价一部分降低生成了SO2，同时生成硫酸盐，则硫酸既表现酸性，又表现了氧化性。
【合作探究】
(思维升华)在试管中放入一块铜片，注入一定体积的浓硫酸，给试管加热，使之反应。
(1)若铜片还有剩余，硫酸是否消耗完毕？为什么？
(2)设计一个实验证明你的结论，写出你所设计实验的反应原理。
(3)欲观察生成的CuSO4溶液的颜色，应如何操作？
提示：(1)没有。因随反应Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑的进行，硫酸变稀，而稀H2SO4不与Cu反应，故H2SO4不会耗完；
(2)向反应后的溶液中加入锌片(或CuO)，观察锌片(或CuO)是否溶解。Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑(或CuO+H2SO4===CuSO4+H2O)
(3)要观察CuSO4溶液的颜色，可将反应后的液体慢慢注入水中，边加边搅拌即可。
【典例示范】
【典例】某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，用如图所示装置进行有关实验：
(1)B是用来收集实验中产生的气体的装置，但未将导管画全，请把导管补充完整。
(2)实验中他们取6.4 g铜片和12 mL 18 ml·L-1浓硫酸放在圆底烧瓶中加热，直到反应完毕。
请写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：____________ 。
(3)装置C中试管D内盛装的是品红溶液，当B中气体收集满后，有可能观察到的现象是___________。待反应结束后，向C中烧杯内加入沸水，D中观察到的现象是___________。
(4)实验装置C有可能造成环境污染。试用最简单的方法加以解决。___________(实验用品自选)。
【解题指南】解答本题需注意以下两点：
(1)需通过证明H+的大量存在来证明酸的存在。
(2)需注意气体收集的原理：向上排空气法收集SO2。
【解析】Cu只与浓硫酸在加热时反应，而不与稀硫酸反应。收集SO2气体用向上排空气法，因此B装置应为长进短出。对C装置逸出的SO2，用浸有NaOH溶液的棉花团塞在试管口是最简单的方法。
答案：(1)
(2)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
(3)红色褪去 恢复红色
(4)用浸有NaOH溶液的棉团塞在试管口
【母题追问】
(1)浓硫酸与Cu反应，体现了浓硫酸的哪些性质？
提示：浓硫酸与Cu反应生成硫酸铜体现浓硫酸的酸性，生成SO2，体现浓硫酸的强氧化性。
(2)浓硫酸具有强氧化性，浓硫酸能否用于干燥H2、CO、SO2、H2S等气体？
提示：浓硫酸能干燥H2、CO、SO2等气体，是因为浓硫酸的吸水性；因为浓硫酸具有强氧化性，所以浓硫酸不能干燥H2S等还原性气体。
【素养训练】
下列叙述正确的是( )
A.浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氢气、氧气、氨气等气体，但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体
B.浓硫酸与单质硫反应的方程式为S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O，在此反应中，浓硫酸既表现了其强氧化性，又表现了其酸性
C.把足量铜粉投入只含有2 ml H2SO4的浓硫酸中，得到气体体积标准状况下为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
【解析】选D。A项浓硫酸具有吸水性，但由于其具有强氧化性和酸性，故不能用来干燥具有还原性的气体和碱性气体(NH3)；B项金属与浓硫酸反应时，生成相应的盐和SO2，此时浓硫酸显示酸性和强氧化性，而与S、C等非金属单质作用时，由于没有盐生成，故只显强氧化性；C项Cu与浓硫酸反应时，浓硫酸浓度逐渐降低，当降到一定程度时变为稀硫酸，反应自行停止，故产生的SO2在标准状况下小于22.4 L。
【补偿训练】
某校两个班的化学研究性学习小组，在学习了铜和浓硫酸的反应后，分别探究足量的锌与浓硫酸反应的过程。一班小组设计了如图装置：
试回答：
(1)请从甲、乙中选择合适的装置填入B、C中，并进行正确连接，a接_____、_____接b，c接_______、_____接d(用序号表示)。
(2)D、E两支试管中CCl4的作用是 ______。
(3)本实验能证明浓硫酸具有强氧化性的实验现象为________ 。
(4)D中出现浑浊的离子方程式为_________________。
(5)某学生注意观察到：实验开始后，C、D、E中均有气泡产生；随后气泡量减少，品红溶液褪色，D中出现浑浊；反应一段时间后，C、D、E中的气泡量又会明显增加。请用化学方程式表示“反应一段时间后，C、D、E中的气泡量又会明显增加”的原因____ 。
二班小组设计了下图装置：
(6)分析出二班小组的设计意图是 __________。
(7)装置B中的药品是 __________。
(8)能证明产生SO2和H2先后顺序的实验现象是____________ 。
【解析】Zn+2H2SO4(浓)===ZnSO4+SO2↑+2H2O。(1)通常状况下，1体积水中可溶解40体积的二氧化硫气体，装置乙可防止二氧化硫与品红作用时倒吸到锌与硫酸反应的容器中，二氧化硫与品红作用，需长管进入气体。(2)二氧化硫易溶于水，难溶于四氯化碳，二氧化硫通过四氯化碳，然后再与澄清的石灰水反应，起缓冲作用，可防止倒吸。(3)利用二氧化硫可使品红溶液褪色，可检验二氧化硫的存在，来证明Zn与浓硫酸反应产生了SO2，证明浓硫酸具有强氧化性。(4)二氧化硫和澄清的石灰水反应生成亚硫酸钙和水，亚硫酸钙为难溶于水的沉淀Ca2++2OH-+SO2===CaSO3↓+H2O。(5)锌为较活泼的金属，在金属活动顺序表中排在氢的前面，所以锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气Zn+H2SO4 ===ZnSO4+H2↑。(6)二班小组设计的装置，先用白色的无水硫酸铜检验水的存在，后用品红检验二氧化硫的存在，用高锰酸钾氧化二氧化硫除去二氧化硫，浓硫酸具有吸水性，除去水，锌和稀硫酸反应生成氢气和硫酸锌，氢气通过氧化铜生成铜和水，水蒸气遇无水硫酸铜变蓝色，可检验氢气的存在。(7)水蒸气与无水硫酸铜反应变蓝色，可检验水的存在。(8)二氧化硫可使品红溶液褪色，C中品红褪色，可检验二氧化硫的存在，利用高锰酸钾氧化二氧化硫可除去二氧化硫，D中酸性高锰酸钾不再褪色后，说明二氧化硫已经除尽，锌和稀硫酸反应生成氢气和硫酸锌，氢气通过氧化铜生成铜和水，F中有红色物质生成，说明有铜生成，G中无水硫酸铜变蓝，说明有水生成，说明有氢气产生。
答案：(1)3(或4) 4(或3) 2 1
(2)防倒吸
(3)C中品红溶液褪色
(4)Ca2++2OH-+SO2===CaSO3↓+H2O
(5)Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
(6)验证产物中先产生水、SO2，后产生H2
(7)无水CuSO4(或无水硫酸铜)
(8)C中品红褪色，D中酸性高锰酸钾不再褪色后，F中有红色物质生成，G中无水硫酸铜变蓝
知识点 硫酸的工业制备
1.硫酸工业主要设备与流程如下：
各进口或出口物质的名称：
A.含硫矿石(如FeS2)；
B.炉渣；
C.二氧化硫、氧气；
D.尾气(SO2、O2)。
2.工艺流程分析：
【合作探究】
(1)(思维升华)接触法制硫酸时，由沸腾炉导出的炉气为什么必须经除尘、洗涤、干燥、净化？(宏观辨识与微观探析)
提示：炉气中含有SO2、O2、N2、H2O以及一些其他杂质。矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响，因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。
(2)(情境应用)硫酸厂的尾气里含有大量的二氧化硫气体，如果不加以利用而排空会严重污染空气。一般用氨水或Na2SO3溶液吸收，反应原理分别是什么(用化学方程式表示)？(科学探究与创新意识)
提示：①用氨水吸收，再用H2SO4处理：SO2+2NH3+H2O===(NH4)2SO3
②用Na2SO3溶液吸收：Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3
【典例示范】
【典例】工业上制硫酸的设备分为三大部分：沸腾炉、接触室、吸收塔。下面的装置是仿照工业上制备硫酸工艺的流程设计出来的，用于探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。
请回答下列问题：
(1)写出沸腾炉内煅烧硫铁矿的反应方程式 ___________________。
(2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸装置中的_________、_______。
(3)从乙装置中出来的气体有_______。
(4)丙装置的作用为___________，丁中的现象为_________。
(5)本实验设计还存在的较明显缺陷是 ____________。
【解题指南】解答本题需要注意以下两点：
(1)硫酸工业的主要设备。
(2)硫酸工业的原理。
【解析】乙装置相当于接触室，将SO2催化氧化为SO3，由于该反应是一个可逆反应，故从乙装置中出来的气体中含有SO2、O2、SO3；丙装置相当于吸收塔，用浓硫酸吸收SO3；丁装置是用水吸收SO3，SO3溶于水会放出大量的热，使水汽化为水蒸气，从而形成酸雾；本实验中缺少尾气吸收装置。
答案：(1)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
(2)接触室 吸收塔 (3)SO2、O2、SO3
(4)吸收SO3 有酸雾产生
(5)缺少尾气吸收装置
【深化思考】
为了除去有害气体硫酸工厂的尾气二氧化硫并变废为宝，常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气，反应产物为石膏[CaSO4·2H2O]。
(1)写出上述两个反应的化学方程式：
① _______________________；
② _______________________。
(2)试说明用熟石灰的悬浊液，而不用澄清石灰水洗涤废气的理由___________。
提示：(1)①2SO2+O2+2CaCO3===2CaSO4+2CO2
或2SO2+O2+2CaCO3+4H2O===2[CaSO4·2H2O]+2CO2
②2SO2+O2+2Ca(OH)2===2CaSO4+2H2O
或2SO2+O2+2Ca(OH)2+2H2O===2[CaSO4·2H2O]
(2)氢氧化钙微溶于水，澄清的石灰水中氢氧化钙的浓度小，不利于二氧化硫的吸收
【规律方法】工业制硫酸的注意事项
(1)在沸腾炉中煅烧硫铁矿时，要把矿石粉碎，目的是增大硫铁矿与O2的接触面积，使反应加快，提高原料利用率。
(2)炉气进入接触室前要净化，目的是除去炉气中的杂质，防止催化剂中毒及对设备造成不利影响。
(3)接触室内使用热交换器的目的是利用SO2和O2反应放出的热量预热输入设备的气体，冷却反应后的气体。
(4)在吸收塔内用98.3%的浓H2SO4吸收SO3而不是用水吸收。
【素养训练】
某设计院承担某硫酸厂的设计任务，该厂要求：
①为了控制污染和提高生产效率，不再使用硫铁矿，改用固体硫为原料。
②每天生产50 t 98%的硫酸。
(1)反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，在_____(设备)中进行，这种生产硫酸的方法叫做_______。
(2)每天消耗含95%的固体硫_______吨。
【解析】(1)生成SO3的反应在接触室中进行，这种生产硫酸的方法叫做接触法。
(2)设需固体硫的质量为x。由关系式法：
S～～～～～H2SO4
32 98
x×95%50 t×98%
得x≈16.8 t
答案：(1)接触室 接触法 (2)16.8
【课堂小结】
三言两语话重点
(1)三大特性：浓硫酸的吸水性、脱水性、强氧化性。
(2)必记的两个反应
①Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
②C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
1.某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.①③ B.②④C.①③④D.①②③④
【解析】选D。图①袋内的Na2CO3·10H2O晶体的质量逐渐减小；图②袋内的鲜梨块逐渐干瘪；图③试管底部析出晶体；图④盛水的烧杯内水面逐渐降低。
【补偿训练】
下列关于硫酸盐的说法不正确的是( )
A.重晶石的主要成分为BaSO4，它可作为检查肠胃的内服剂，在医疗上称为“钡餐”
B.绿矾在空气中易被氧化，它可作为生成铁系列净水剂的原料
C.石膏(CaSO4·2H2O)可作为水泥凝结时的调节剂
D.Na2SO4·10H2O俗称纯碱
【解析】选D。绿矾易被氧化，B正确；Na2SO4·10H2O俗称芒硝，D不正确。
2.某化学课外活动小组围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究：
将适量的蔗糖放入烧杯中，加入几滴水，搅拌均匀。然后加入适量浓硫酸，迅速搅拌，放出大量的热，同时观察到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，并放出有刺激性气味的气体。请回答：
(1)经测定，上述黑色物质继续与浓硫酸作用会产生两种气体，其中一种气体有刺激性气味，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊，这两种气体的平均相对分子质量约为_______。
(2)经另外研究发现，上述黑色物质与浓硫酸反应，生成的气体之一有刺激性气味，另外的气体的平均相对分子质量为36，这种黑色物质与浓硫酸反应的化学方程式为 ___。
(3)根据上述蔗糖与浓硫酸的反应，说明浓硫酸具有_______(填字母序号)。
A.酸性B.吸水性
C.脱水性D.强氧化性
(4)能否用澄清石灰水鉴别上述(1)中反应生成的两种气体？_______(填“能”或“不能”)。若不能，请填写两种能鉴别的试剂_______。
【解析】(1)根据题意得化学方程式C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O，CO2与SO2的平均相对分子质量：(2×64+44)÷3≈57.3。(2)C与浓H2SO4反应，生成SO2和碳的气态氧化物，Mr(CO2)=44，Mr(CO)=28，28<36<44，则碳的气态氧化物是CO2和CO，并且n(CO2)∶n(CO)=1∶1。再应用守恒法分析，得：2C+3H2SO4(浓)CO2↑+CO↑+3SO2↑+3H2O。
(3)蔗糖变为黑色固体，说明浓硫酸有脱水性；C与浓硫酸反应，说明浓硫酸有强氧化性。(4)CO2和SO2都能使澄清石灰水先变浑浊后变澄清。SO2能使品红溶液、溴水、酸性高锰酸钾溶液等褪色，而CO2不能。
答案：(1)57.3
(2)2C+3H2SO4(浓)CO2↑+CO↑+3SO2↑+3H2O
(3)CD (4)不能 品红溶液、溴水(或酸性高锰酸钾溶液)三步骤
三原料
三设备
三反应原理
造气
S或FeS2
沸腾炉
S+O2SO2、
4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3
接触氧化
O2
接触室
2SO2+O22SO3
SO3吸收
98.3%的硫酸
吸收塔
SO3+H2OH2SO4
颜色
状态
沸点
挥发性
水溶性
无色
黏稠、油状液体
高
难挥发
易溶
一、硫酸的工业制备
【自主探索】
吸收SO3时，为什么不用水吸收而是用98.3 % 的浓H2SO4吸收SO3？
提示：防止SO3溶于水时，反应放出大量的热导致酸雾，降低吸收效率且腐蚀设备。
【自主探索】
(情境思考)由于工业战略发展的需要，某地区打算建厂制备硫酸，项目负责人员正在考虑采用硫黄制酸还是硫铁矿制酸。如果你是负责人，你会收集哪些资料作为依据进行选择？(可从硫的含量、价格等角度分析)
提示：硫铁矿中FeS2的质量分数一般为20%～50%，制酸工艺过程中所产生的矿渣和废气使生产装置变得较为复杂。而采用硫黄制酸法，工艺流程和设备相对简易。硫黄含杂质少，燃烧生成的气体含杂质少，可免去气体净化的过程，制备过程也不产生矿渣。因此，硫铁矿制酸投资几乎是同等规模硫黄制酸设备的两倍。但硫黄原料价格高于硫铁矿，具体选用何种硫酸制备工艺，应根据实际条件和要求进行决策。
二、浓硫酸的性质 硫酸盐
1.浓硫酸的物理性质：
注意：浓硫酸溶解时可放出大量的热。稀释浓硫酸时应将浓硫酸沿器壁(或玻璃棒)慢慢注入水中，并不断搅拌，且不可把水倒入浓硫酸中！
2.浓H2SO4的特性：浓H2SO4中主要是H2SO4分子，因而浓H2SO4具有一些特殊的性质。
(1)吸水性：利用浓H2SO4的吸水性，其常用作干燥剂，但不能干燥碱性气体和还原性气体，如NH3、HI、H2S。
(2)脱水性：浓H2SO4能够将有机物里的氢、氧元素按原子个数2∶1的比例脱去，如浓硫酸使蔗糖、蛋白质脱水炭化。
(3)强氧化性：
①常温下，铁、铝遇浓H2SO4发生“钝化”。原因：金属表面形成了致密的氧化物保护层。所以常温下可用铁、铝槽车装运浓硫酸。
②能氧化不活泼的金属，如与Cu反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。
③能氧化非金属单质，如与C反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。
3.硫酸的用途：
化肥、医药、农药的生产，金属矿石的处理，金属材料的表面清洗。
4.几种重要的硫酸盐及其用途：
(1)硫酸钙
①化学式：石膏CaSO4·2H2O，熟石膏2CaSO4·H2O。
②熟石膏与水混合成糊状后会很快凝固，转化为坚硬的石膏。
③石膏常用于制作各种模型和医疗上用的石膏绷带。在水泥生产中，可用石膏调节水泥的凝结时间。
(2)硫酸钡
①硫酸钡不容易被X射线透过，在医疗上可用作检查肠胃的内服药剂，俗称“钡餐”。
②硫酸钡可用作白色颜料，并可作高档油漆、油墨、造纸、塑料、橡胶的原料及填充剂。
(3)硫酸亚铁
①硫酸亚铁的结晶水合物俗称绿矾，其化学式为FeSO4·7H2O。
②在医疗上硫酸亚铁可用于生产防治缺铁性贫血的药剂。
③在工业上它还是生产铁系列净水剂和颜料氧化铁红的原料。
【自主探索】
下列分别体现了硫酸的什么性质？
(1)用浓硫酸和蔗糖做“黑面包”实验，体现了浓硫酸具有脱水性和强氧化性。
(2)浓硫酸可以用来干燥H2、CO2等气体，体现了浓硫酸具有吸水性。
(3)铜与浓硫酸在加热条件下可以反应产生SO2，体现了浓硫酸具有强氧化性与酸性。
(4)常温下，浓硫酸能用铁制容器盛放，体现了浓硫酸具有强氧化性。
知识点 浓硫酸的性质
浓硫酸的特性：
【方法导引】
浓硫酸在化学反应中表现性质的判断
浓硫酸具有强酸性，又具有强氧化性，因此在化学反应中可表现氧化性或酸性，也可同时表现氧化性和酸性。
(1)若硫酸在生成物中以盐的形式存在，反应前后硫元素化合价不变，则只表现酸性。
(2)若硫酸在化学反应中全部被还原，生成物中无硫酸盐生成，则只表现氧化性。
(3)若硫酸在化学反应中硫元素化合价一部分降低生成了SO2，同时生成硫酸盐，则硫酸既表现酸性，又表现了氧化性。
【合作探究】
(思维升华)在试管中放入一块铜片，注入一定体积的浓硫酸，给试管加热，使之反应。
(1)若铜片还有剩余，硫酸是否消耗完毕？为什么？
(2)设计一个实验证明你的结论，写出你所设计实验的反应原理。
(3)欲观察生成的CuSO4溶液的颜色，应如何操作？
提示：(1)没有。因随反应Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑的进行，硫酸变稀，而稀H2SO4不与Cu反应，故H2SO4不会耗完；
(2)向反应后的溶液中加入锌片(或CuO)，观察锌片(或CuO)是否溶解。Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑(或CuO+H2SO4===CuSO4+H2O)
(3)要观察CuSO4溶液的颜色，可将反应后的液体慢慢注入水中，边加边搅拌即可。
【典例示范】
【典例】某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，用如图所示装置进行有关实验：
(1)B是用来收集实验中产生的气体的装置，但未将导管画全，请把导管补充完整。
(2)实验中他们取6.4 g铜片和12 mL 18 ml·L-1浓硫酸放在圆底烧瓶中加热，直到反应完毕。
请写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：____________ 。
(3)装置C中试管D内盛装的是品红溶液，当B中气体收集满后，有可能观察到的现象是___________。待反应结束后，向C中烧杯内加入沸水，D中观察到的现象是___________。
(4)实验装置C有可能造成环境污染。试用最简单的方法加以解决。___________(实验用品自选)。
【解题指南】解答本题需注意以下两点：
(1)需通过证明H+的大量存在来证明酸的存在。
(2)需注意气体收集的原理：向上排空气法收集SO2。
【解析】Cu只与浓硫酸在加热时反应，而不与稀硫酸反应。收集SO2气体用向上排空气法，因此B装置应为长进短出。对C装置逸出的SO2，用浸有NaOH溶液的棉花团塞在试管口是最简单的方法。
答案：(1)
(2)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
(3)红色褪去 恢复红色
(4)用浸有NaOH溶液的棉团塞在试管口
【母题追问】
(1)浓硫酸与Cu反应，体现了浓硫酸的哪些性质？
提示：浓硫酸与Cu反应生成硫酸铜体现浓硫酸的酸性，生成SO2，体现浓硫酸的强氧化性。
(2)浓硫酸具有强氧化性，浓硫酸能否用于干燥H2、CO、SO2、H2S等气体？
提示：浓硫酸能干燥H2、CO、SO2等气体，是因为浓硫酸的吸水性；因为浓硫酸具有强氧化性，所以浓硫酸不能干燥H2S等还原性气体。
【素养训练】
下列叙述正确的是( )
A.浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氢气、氧气、氨气等气体，但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体
B.浓硫酸与单质硫反应的方程式为S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O，在此反应中，浓硫酸既表现了其强氧化性，又表现了其酸性
C.把足量铜粉投入只含有2 ml H2SO4的浓硫酸中，得到气体体积标准状况下为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
【解析】选D。A项浓硫酸具有吸水性，但由于其具有强氧化性和酸性，故不能用来干燥具有还原性的气体和碱性气体(NH3)；B项金属与浓硫酸反应时，生成相应的盐和SO2，此时浓硫酸显示酸性和强氧化性，而与S、C等非金属单质作用时，由于没有盐生成，故只显强氧化性；C项Cu与浓硫酸反应时，浓硫酸浓度逐渐降低，当降到一定程度时变为稀硫酸，反应自行停止，故产生的SO2在标准状况下小于22.4 L。
【补偿训练】
某校两个班的化学研究性学习小组，在学习了铜和浓硫酸的反应后，分别探究足量的锌与浓硫酸反应的过程。一班小组设计了如图装置：
试回答：
(1)请从甲、乙中选择合适的装置填入B、C中，并进行正确连接，a接_____、_____接b，c接_______、_____接d(用序号表示)。
(2)D、E两支试管中CCl4的作用是 ______。
(3)本实验能证明浓硫酸具有强氧化性的实验现象为________ 。
(4)D中出现浑浊的离子方程式为_________________。
(5)某学生注意观察到：实验开始后，C、D、E中均有气泡产生；随后气泡量减少，品红溶液褪色，D中出现浑浊；反应一段时间后，C、D、E中的气泡量又会明显增加。请用化学方程式表示“反应一段时间后，C、D、E中的气泡量又会明显增加”的原因____ 。
二班小组设计了下图装置：
(6)分析出二班小组的设计意图是 __________。
(7)装置B中的药品是 __________。
(8)能证明产生SO2和H2先后顺序的实验现象是____________ 。
【解析】Zn+2H2SO4(浓)===ZnSO4+SO2↑+2H2O。(1)通常状况下，1体积水中可溶解40体积的二氧化硫气体，装置乙可防止二氧化硫与品红作用时倒吸到锌与硫酸反应的容器中，二氧化硫与品红作用，需长管进入气体。(2)二氧化硫易溶于水，难溶于四氯化碳，二氧化硫通过四氯化碳，然后再与澄清的石灰水反应，起缓冲作用，可防止倒吸。(3)利用二氧化硫可使品红溶液褪色，可检验二氧化硫的存在，来证明Zn与浓硫酸反应产生了SO2，证明浓硫酸具有强氧化性。(4)二氧化硫和澄清的石灰水反应生成亚硫酸钙和水，亚硫酸钙为难溶于水的沉淀Ca2++2OH-+SO2===CaSO3↓+H2O。(5)锌为较活泼的金属，在金属活动顺序表中排在氢的前面，所以锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气Zn+H2SO4 ===ZnSO4+H2↑。(6)二班小组设计的装置，先用白色的无水硫酸铜检验水的存在，后用品红检验二氧化硫的存在，用高锰酸钾氧化二氧化硫除去二氧化硫，浓硫酸具有吸水性，除去水，锌和稀硫酸反应生成氢气和硫酸锌，氢气通过氧化铜生成铜和水，水蒸气遇无水硫酸铜变蓝色，可检验氢气的存在。(7)水蒸气与无水硫酸铜反应变蓝色，可检验水的存在。(8)二氧化硫可使品红溶液褪色，C中品红褪色，可检验二氧化硫的存在，利用高锰酸钾氧化二氧化硫可除去二氧化硫，D中酸性高锰酸钾不再褪色后，说明二氧化硫已经除尽，锌和稀硫酸反应生成氢气和硫酸锌，氢气通过氧化铜生成铜和水，F中有红色物质生成，说明有铜生成，G中无水硫酸铜变蓝，说明有水生成，说明有氢气产生。
答案：(1)3(或4) 4(或3) 2 1
(2)防倒吸
(3)C中品红溶液褪色
(4)Ca2++2OH-+SO2===CaSO3↓+H2O
(5)Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
(6)验证产物中先产生水、SO2，后产生H2
(7)无水CuSO4(或无水硫酸铜)
(8)C中品红褪色，D中酸性高锰酸钾不再褪色后，F中有红色物质生成，G中无水硫酸铜变蓝
知识点 硫酸的工业制备
1.硫酸工业主要设备与流程如下：
各进口或出口物质的名称：
A.含硫矿石(如FeS2)；
B.炉渣；
C.二氧化硫、氧气；
D.尾气(SO2、O2)。
2.工艺流程分析：
【合作探究】
(1)(思维升华)接触法制硫酸时，由沸腾炉导出的炉气为什么必须经除尘、洗涤、干燥、净化？(宏观辨识与微观探析)
提示：炉气中含有SO2、O2、N2、H2O以及一些其他杂质。矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响，因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。
(2)(情境应用)硫酸厂的尾气里含有大量的二氧化硫气体，如果不加以利用而排空会严重污染空气。一般用氨水或Na2SO3溶液吸收，反应原理分别是什么(用化学方程式表示)？(科学探究与创新意识)
提示：①用氨水吸收，再用H2SO4处理：SO2+2NH3+H2O===(NH4)2SO3
②用Na2SO3溶液吸收：Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3
【典例示范】
【典例】工业上制硫酸的设备分为三大部分：沸腾炉、接触室、吸收塔。下面的装置是仿照工业上制备硫酸工艺的流程设计出来的，用于探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。
请回答下列问题：
(1)写出沸腾炉内煅烧硫铁矿的反应方程式 ___________________。
(2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸装置中的_________、_______。
(3)从乙装置中出来的气体有_______。
(4)丙装置的作用为___________，丁中的现象为_________。
(5)本实验设计还存在的较明显缺陷是 ____________。
【解题指南】解答本题需要注意以下两点：
(1)硫酸工业的主要设备。
(2)硫酸工业的原理。
【解析】乙装置相当于接触室，将SO2催化氧化为SO3，由于该反应是一个可逆反应，故从乙装置中出来的气体中含有SO2、O2、SO3；丙装置相当于吸收塔，用浓硫酸吸收SO3；丁装置是用水吸收SO3，SO3溶于水会放出大量的热，使水汽化为水蒸气，从而形成酸雾；本实验中缺少尾气吸收装置。
答案：(1)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
(2)接触室 吸收塔 (3)SO2、O2、SO3
(4)吸收SO3 有酸雾产生
(5)缺少尾气吸收装置
【深化思考】
为了除去有害气体硫酸工厂的尾气二氧化硫并变废为宝，常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气，反应产物为石膏[CaSO4·2H2O]。
(1)写出上述两个反应的化学方程式：
① _______________________；
② _______________________。
(2)试说明用熟石灰的悬浊液，而不用澄清石灰水洗涤废气的理由___________。
提示：(1)①2SO2+O2+2CaCO3===2CaSO4+2CO2
或2SO2+O2+2CaCO3+4H2O===2[CaSO4·2H2O]+2CO2
②2SO2+O2+2Ca(OH)2===2CaSO4+2H2O
或2SO2+O2+2Ca(OH)2+2H2O===2[CaSO4·2H2O]
(2)氢氧化钙微溶于水，澄清的石灰水中氢氧化钙的浓度小，不利于二氧化硫的吸收
【规律方法】工业制硫酸的注意事项
(1)在沸腾炉中煅烧硫铁矿时，要把矿石粉碎，目的是增大硫铁矿与O2的接触面积，使反应加快，提高原料利用率。
(2)炉气进入接触室前要净化，目的是除去炉气中的杂质，防止催化剂中毒及对设备造成不利影响。
(3)接触室内使用热交换器的目的是利用SO2和O2反应放出的热量预热输入设备的气体，冷却反应后的气体。
(4)在吸收塔内用98.3%的浓H2SO4吸收SO3而不是用水吸收。
【素养训练】
某设计院承担某硫酸厂的设计任务，该厂要求：
①为了控制污染和提高生产效率，不再使用硫铁矿，改用固体硫为原料。
②每天生产50 t 98%的硫酸。
(1)反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，在_____(设备)中进行，这种生产硫酸的方法叫做_______。
(2)每天消耗含95%的固体硫_______吨。
【解析】(1)生成SO3的反应在接触室中进行，这种生产硫酸的方法叫做接触法。
(2)设需固体硫的质量为x。由关系式法：
S～～～～～H2SO4
32 98
x×95%50 t×98%
得x≈16.8 t
答案：(1)接触室 接触法 (2)16.8
【课堂小结】
三言两语话重点
(1)三大特性：浓硫酸的吸水性、脱水性、强氧化性。
(2)必记的两个反应
①Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
②C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
1.某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.①③ B.②④C.①③④D.①②③④
【解析】选D。图①袋内的Na2CO3·10H2O晶体的质量逐渐减小；图②袋内的鲜梨块逐渐干瘪；图③试管底部析出晶体；图④盛水的烧杯内水面逐渐降低。
【补偿训练】
下列关于硫酸盐的说法不正确的是( )
A.重晶石的主要成分为BaSO4，它可作为检查肠胃的内服剂，在医疗上称为“钡餐”
B.绿矾在空气中易被氧化，它可作为生成铁系列净水剂的原料
C.石膏(CaSO4·2H2O)可作为水泥凝结时的调节剂
D.Na2SO4·10H2O俗称纯碱
【解析】选D。绿矾易被氧化，B正确；Na2SO4·10H2O俗称芒硝，D不正确。
2.某化学课外活动小组围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究：
将适量的蔗糖放入烧杯中，加入几滴水，搅拌均匀。然后加入适量浓硫酸，迅速搅拌，放出大量的热，同时观察到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，并放出有刺激性气味的气体。请回答：
(1)经测定，上述黑色物质继续与浓硫酸作用会产生两种气体，其中一种气体有刺激性气味，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊，这两种气体的平均相对分子质量约为_______。
(2)经另外研究发现，上述黑色物质与浓硫酸反应，生成的气体之一有刺激性气味，另外的气体的平均相对分子质量为36，这种黑色物质与浓硫酸反应的化学方程式为 ___。
(3)根据上述蔗糖与浓硫酸的反应，说明浓硫酸具有_______(填字母序号)。
A.酸性B.吸水性
C.脱水性D.强氧化性
(4)能否用澄清石灰水鉴别上述(1)中反应生成的两种气体？_______(填“能”或“不能”)。若不能，请填写两种能鉴别的试剂_______。
【解析】(1)根据题意得化学方程式C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O，CO2与SO2的平均相对分子质量：(2×64+44)÷3≈57.3。(2)C与浓H2SO4反应，生成SO2和碳的气态氧化物，Mr(CO2)=44，Mr(CO)=28，28<36<44，则碳的气态氧化物是CO2和CO，并且n(CO2)∶n(CO)=1∶1。再应用守恒法分析，得：2C+3H2SO4(浓)CO2↑+CO↑+3SO2↑+3H2O。
(3)蔗糖变为黑色固体，说明浓硫酸有脱水性；C与浓硫酸反应，说明浓硫酸有强氧化性。(4)CO2和SO2都能使澄清石灰水先变浑浊后变澄清。SO2能使品红溶液、溴水、酸性高锰酸钾溶液等褪色，而CO2不能。
答案：(1)57.3
(2)2C+3H2SO4(浓)CO2↑+CO↑+3SO2↑+3H2O
(3)CD (4)不能 品红溶液、溴水(或酸性高锰酸钾溶液)三步骤
三原料
三设备
三反应原理
造气
S或FeS2
沸腾炉
S+O2SO2、
4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3
接触氧化
O2
接触室
2SO2+O22SO3
SO3吸收
98.3%的硫酸
吸收塔
SO3+H2OH2SO4
颜色
状态
沸点
挥发性
水溶性
无色
黏稠、油状液体
高
难挥发
易溶
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