【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第一册--4.1.2 硫酸的工业制备 浓硫酸的性质 讲义

第2课时 硫酸的工业制备 浓硫酸的性质

知识点01  硫酸的制备

1．工业上接触法制硫酸的主要设备及生产流程

根据上图回答下列问题：

(1)填写下列各进口或出口物质的名称：

A________ (如________)；B________；C________________；D________________。

(2)接触法制硫酸分为三个阶段，填写下表：

(3)工业上制备硫酸的问题探究

①原料硫铁矿粉碎的目的是什么？

②沸腾炉中产生的气体为什么需要经过净化？

③接触室中安装热交换器的目的是什么？

④多余的气体为什么要再充入接触室？

⑤用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫的目的是什么？

2．化学工业制备的要求

(1)原料廉价且稳定，降低运输成本。

(2)从环保、成本等角度选择合适的化学反应，保证在反应中能充分接触。

(3)制备流程简单高效，能耗低，反应放出的热量尽可能加以循环利用，生成的副产物较少。

(4)制备过程绿色环保，不使用或生成对环境有害的物质。

【即学即练1】在硫酸的工业制法中，下列措施以及采取这些措施的原因分析都正确的是(　　)

A．硫铁矿燃烧前需要粉碎，这样易于向沸腾炉中投料

B．炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应

C．SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可以使SO2全部转化为SO3

D．SO3的吸收一般用98.3%的浓H2SO4，而不用水，因为用水吸收易形成酸雾，不利于SO3的吸收

知识点02  浓硫酸的性质

1．浓硫酸的物理性质

(1)实验室常用的浓硫酸质量分数为_______，密度大（1.84 g·cm－3），沸点____，___挥发，常温下比较稳定。

(2)硫酸与水以任意比互溶，浓硫酸溶解时可放出大量的热；浓硫酸的稀释方法是_________________ _______________________________________。

2．浓硫酸的性质

(1)吸水性

浓硫酸具有很强的吸水性，可用作________。

在一支洁净的大试管内加入少量胆矾，再向试管中加入3 mL浓硫酸， 搅拌。

实验现象：________________________。

实验结论：浓硫酸具有________性。

(2)脱水性

浓硫酸按水的组成比，夺取某些有机物中的氢、氧原子形成水分子。

(3)强氧化性

①实验探究：浓硫酸与铜的反应

在该反应中，氧化剂为________，还原剂为________，氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。浓硫酸在反应中既体现出________性又体现出________性。

②与铁、铝的反应

常温下，铁、铝表面被浓硫酸氧化为________________而钝化，从而阻止了酸与内层金属的进一步反应，所以常温下可以用________________容器来盛装浓硫酸。

③与非金属的反应

浓硫酸与木炭反应的化学方程式：________________________________。

【即学即练2】下列变化过程利用了硫酸的什么性质，请写在空白处：

(1)铜与浓硫酸加热反应制取SO2：_____________。

(2)锌与稀硫酸反应制取氢气：____________。

(3)用浓硫酸干燥CO2：______________。

(4)硫酸铜晶体滴加浓硫酸后变白：____________。

(5)蔗糖滴加浓硫酸后变成疏松的“黑面包”并闻到刺激性气味：____________。

考法01  硫酸的制备

1．接触法制硫酸生产流程及主要设备：

2．在沸腾炉中，将矿石粉碎成细矿粒的目的一是增大接触面积，加快燃烧的速率；二是使原料充分燃烧，提高原料的利用率。将矿石从上部投入，空气从下面充入的目的是增大反应的接触面积，便于加快反应速率。

3．在接触室中，多余的气体再充入接触室中，是为了提高利用率。

4．在吸收塔中，用98.3%的浓硫酸吸收SO3的目的是因为SO3与水反应产生大量酸雾，形成酸雾不利于SO3的吸收，用98.3%的浓H2SO4吸收SO3，形成发烟硫酸，再用水稀释，效果更好。

【典例1】工业制硫酸的设备分为三大部分：沸腾炉、接触室、吸收塔，下图所示的装置是仿照工业上制备硫酸工艺流程设计出来的，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)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式_________________________。

(2)图中的乙、丙分别相当于工业上制备硫酸装置中的________、________。

(3)从乙装置中出来的气体有_____________________________。

(4)图丙装置的作用为______________________，丁中的现象为_________________________。

(5)本实验设计还存在的较明显的缺陷是______________________。

考法02  浓硫酸的性质

1．浓硫酸吸水性和脱水性的区别

吸水性是被干燥物质本身具有H2O水分子被浓硫酸吸走（包括结晶水和自由水）； 脱水性是被脱水物质本身没有H2O水分子，但含有H和O，被浓硫酸按比例脱去（如蔗糖炭化实验）。

2．浓硫酸与稀硫酸的区别

(1)浓硫酸具有强氧化性，主要是构成酸根的中心原子易获得电子，显示出与稀硫酸不同的强氧化性。而稀硫酸具有的氧化性是电离出的H＋得到电子，如氧化较活泼的金属Zn、Fe等。

(2)浓硫酸溶于水放出大量的热，因此稀释浓硫酸时，应把浓硫酸沿器壁慢慢注入水中，并不断搅拌。

(3)浓H2SO4与稀H2SO4的区别

3．浓硫酸的氧化性

(1)与金属的反应

②较不活泼金属：金属＋浓硫酸高价态硫酸盐＋SO2↑＋H2O(体现强氧化性和酸性)

注意：反应条件为加热，浓硫酸的还原产物是SO2。

(2)与非金属反应：与C在加热条件下反应。

(3)与还原性物质反应：浓硫酸具有强氧化性，能将还原性物质(如H2S、HI)氧化(体现强氧化性)。

4．浓硫酸与金属反应的规律

(1)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。

(2)浓硫酸与不活泼金属(如铜)反应时，随着反应的进行，浓硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，就不再与不活泼金属反应。

(3)浓硫酸与活泼金属(如锌)反应时，开始浓硫酸表现其强氧化性，产生二氧化硫气体；当浓硫酸变为稀硫酸时，则产生的气体为氢气。

【典例2】实验室常用下列装置来进行铜跟浓硫酸反应等一系列实验。

(1)判断铜与浓硫酸反应有二氧化硫生成所依据的现象是_____________________________。

(2)甲装置中发生的主要反应的化学方程式是__________________________________，浓硫酸表现的性质是____________。

(3)装置乙中试管口放有一团浸有饱和碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液的棉花，请写出二氧化硫与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：_______________________________________________。

(4)该反应中若有3.2 g铜参加反应，则被还原的硫酸的物质的量为__________，起酸的作用的硫酸的物质的量为________。

(5)含有0.2 mol硫酸的浓硫酸，在加热时能否溶解6.4 g铜，结论和理由是

__________________________________________________________。

题组A  基础过关练

1．在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列说法中不正确的是(　　)

A．从①处通入SO3，整个吸收操作采取逆流的形式

B．从②处喷下98.3%的浓硫酸，瓷环的作用是增大接触面积

C．从③处导出的气体只含有少量SO2，可直接排入大气

D．从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸

2．在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是(　　)

A．硫铁矿煅烧前要粉碎，因为大块硫铁矿不能燃烧

B．从沸腾炉出来的气体只有SO2

C．SO2氧化成SO3，SO2能全部转化为SO3

D．SO3用98.3%的浓H2SO4吸收，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收更充分

3．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、氢气等气体

D．常温下，不可以用铁、铝质容器盛装浓硫酸

4．区别浓硫酸和稀硫酸，既简单又可靠的方法是(　　)

A．各取少许溶液分别放入铜片

B．分别与石蕊试液作用

C．用玻璃棒各蘸取少许涂在纸上

D．各取少许溶液分别放入铝片

5．浓硫酸与下列物质作用时，只表现强氧化性的是(　　)

A．蓝色硫酸铜晶体      B．木材炭化　    C．红热木炭      D．氧化铝

6．关于浓硫酸与铜反应的叙述正确的是(　　)

A．在反应中，浓硫酸只表现出氧化性

B．该反应中还原剂与氧化剂物质的量之比为1∶2

C．在反应中，浓硫酸既表现出氧化性，又表现出酸性

D．每1 mol 铜参加反应就有2 mol浓硫酸被还原，同时生成2 mol SO2

7．下列可用浓硫酸干燥的气体有(　　)

①H2　②SO2　③H2S　④Cl2　⑤NH3　⑥HCl　⑦CO2　⑧HBr　⑨CO

A．①②④⑥⑧⑨   B．①②④⑥⑦⑨

C．①②④⑥⑦⑧   D．全部

8．下列现象与用途和浓硫酸的脱水性有关的是(　　)

A．浓硫酸可作氯气的干燥剂

B．浓硫酸加到蔗糖中，蔗糖变黑

C．浓硫酸加到胆矾上，蓝色晶体变成白色粉末

D．浓硫酸与铜反应制取二氧化硫

9．硫酸厂有一辆存放过浓硫酸的槽罐车，某新工人违反规定，边吸烟边用水冲洗该车，结果发生了爆炸事故。下列对引起爆炸的原因分析正确的是(　　)

A．浓硫酸遇明火爆炸

B．铁与水反应产生的氢气接触空气遇明火爆炸

C．浓硫酸遇水发热爆炸

D．稀释后的硫酸与铁反应产生的氢气接触空气遇明火爆炸

10．下列有关H2SO4的叙述正确的是(　　)

A．浓H2SO4与铜片共热的反应中，浓H2SO4既表现出强氧化性，又表现出酸性

B．浓H2SO4与金属活动性顺序中氢后面的金属反应生成的气体一般为SO2，与氢前面的金属反应生成的气体一般为H2

C．常温下，铁或铝不与浓H2SO4反应，所以可用铁或铝质容器贮存浓H2SO4

D．浓H2SO4是不挥发性强酸，氢硫酸是挥发性弱酸，所以可用浓H2SO4与FeS反应制取H2S气体

11．某课外活动小组的同学在实验室做锌与浓硫酸反应的实验中，甲同学认为产生的气体是二氧化硫，而乙同学认为除二氧化硫气体外，还可能产生氢气。为了验证哪位同学的判断正确，丙同学设计了图中的实验装置(锌与浓硫酸共热时产生的气体为X，且该反应装置略去)。

试回答下列问题：

(1)上述反应中生成二氧化硫的化学方程式为_______________________________________。

(2)乙同学认为还可能产生氢气的理由是___________________________________________。

(3)丙同学在安装好装置后，必须首先进行的一步操作是____________________________。

(4)A中加入的试剂可能是_______________，作用是_________________；B中加入的试剂可能是_________，作用是_________________；E中加入的试剂可能是____________，作用是_________________。

(5)可以证明气体X中含有氢气的实验现象是

C中：______________________________，D中：___________________________。

如果去掉装置B，________(填“能”或“不能”)根据D中的现象判断气体X中有氢气，原因是__________________________________________________________________________。

题组B  能力提升练

1．向浓盐酸中加入浓硫酸会产生大量白雾，下列关于原因的分析正确的是(　　)

①浓硫酸具有脱水性　②浓硫酸具有吸水性　③浓硫酸具有强氧化性　④盐酸具有挥发性　⑤盐酸具有还原性　⑥气态物质的溶解度随温度的升高而降低

A．①③⑥        B．②④⑥　      C．③⑤⑥        D．②③④⑤

2．浓H2SO4在实现下列物质的转化过程中，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．②④ C．①④   D．②③

3．实验室常用下图装置进行铜与浓硫酸反应的实验。下列有关实验现象的描述或试剂的选用错误的是(　　)

A．甲试管内溶液变为蓝色

B．乙试管中品红溶液红色褪去

C．棉花上喷入的溶液可能为氢氧化钠溶液

D．棉花上喷入的溶液可能为饱和碳酸钠溶液

4．在下图的实验装置中，实验开始一段时间后，对看到的现象叙述不正确的是(　　)

A．苹果块会干瘪   B．胆矾晶体表面有白斑

C．小试管内有晶体析出   D．pH试纸变红

题组C  培优拔尖练

1．用如图所示装置进行下列实验：将①中的浓硫酸滴入②中，预测的现象与结论相符的是(　　)

A．若②为浓盐酸；有大量气体产生；说明硫酸的酸性比盐酸强

B．若②为铜片；有气泡产生，底部生成灰白色固体；说明浓硫酸有强氧化性

C．若②为蓝色硫酸铜晶体；蓝色晶体变为白色；说明浓硫酸有吸水性，发生物理变化

D．若②为蔗糖；白色固体变为黑色海绵状，有气体放出；说明浓硫酸有脱水性、氧化性

2．5 mL物质的量浓度为18 mol·L－1的硫酸中加入足量铜片并加热，充分反应。下列说法正确的是(　　)

A．有0.09 mol的硫酸被还原

B．有0.045 mol的硫酸被还原

C．充分反应后体系无硫酸剩余

D．消耗的铜的质量一定小于2.88 g

3．在表中，欲用一种试剂Z来检验盐溶液中的离子X，在同时有离子Y存在时，此检验仍可以判别的是(　　)

4．浓硫酸分别和三种钠盐反应，下列分析正确的是(　　)

A．对比①和②可以说明还原性Br－＞Cl－

B．①和③相比可说明氧化性Br2＞SO2

C．②中试管口白雾是HCl遇水蒸气所致，说明酸性H2SO4＞HCl

D．③中浓H2SO4被还原成SO2

5．某化学课外兴趣小组为探究铜与浓硫酸的反应情况，用如图所示装置进行有关实验。

回答下列问题：

(1)装置A中发生反应的化学方程式为_________________________________。

(2)装置D中试管口放置的棉花中应浸有一种液体，这种液体是____________________，其作用是______________________。

(3)装置B的作用是贮存多余的气体。当装置D中有明显的现象后，关闭K并移去酒精灯，但由于余热的作用，装置A中仍有气体产生，此时装置B中现象是______________________，B中应盛放的液体是__________(填字母)。

A．水   B．酸性KMnO4溶液

C．浓溴水   D．饱和NaHSO3溶液

(4)实验中，取一定质量的铜片和一定体积18 mol·L－1的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，直到反应完全，发现圆底烧瓶中还有铜片剩余，该小组学生根据所学的化学知识认为还有一定量的H2SO4剩余。

①有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解，你认为原因是___________________________________。

②下列药品中能用来证明反应结束后的圆底烧瓶中存在余酸的是____________(填字母)。

A．铁粉      B．BaCl2溶液      C．银粉       D．NaHCO3溶液