2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点18硫酸的制备和性质学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点18硫酸的制备和性质学案

考点18　硫酸的制备和性质 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.硫酸的工业生产 a b ‎2.浓硫酸的特性(吸水性、脱水性和强氧化性)‎ a b ‎3.几种重要的硫酸盐及其用途 a 一、硫酸的工业生产 工业上接触法制硫酸的主要设备及生产流程如下图：‎ 包含三个步骤：‎ ‎1．造气阶段：硫黄(或含硫矿石如FeS2)在沸腾炉中燃烧，化学方程式为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2；‎ ‎2．接触氧化阶段：SO2在接触室内被催化氧化：2SO2＋O22SO3；‎ ‎3．吸收和生成阶段：SO3在吸收塔被吸收：SO3＋H2O===H2SO4(用98.3%浓硫酸吸收)。‎ 二、硫酸的性质 ‎1．物理性质：无色油状液体，沸点高，难挥发，极易溶于水；浓硫酸溶解时可放出大量的热。‎ ‎2．稀H2SO4的性质：硫酸是强电解质，在水溶液中发生电离的方程式为H2SO4===2H＋＋SO，具有酸的通性，能与金属单质、碱性氧化物、碱、盐等物质发生反应。‎ ‎3．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，‎ 如浓硫酸使糖类、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。‎ 三、浓硫酸与稀硫酸的性质、应用的比较 浓硫酸 稀硫酸 酸性 化学方程式 ‎2NaCl＋H2SO4(浓)Na2SO4＋2HCl↑‎ Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑；H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O 应用 制氯化氢等挥发性酸 除铁锈、制硫酸铵等盐类 氧化性 强弱 强氧化性(硫元素被还原，可以与不活泼金属如Cu及非金属如C等发生氧化还原反应)‎ 弱氧化性(氢元素被还原，只能与金属活动性顺序表中排在氢前面的金属反应)‎ 化学方程式 Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑‎ 应用 精炼石油、制造炸药等 实验室制氢气、制盐等 吸水性 有无 有吸水性 无吸水性 应用 干燥剂 ‎－‎ 脱水性 有无 有脱水性 无脱水性 化学方程式 C12H22O1112C＋11H2O ‎－‎ 应用 在有机反应中作脱水剂、制染料等 ‎－‎ 四、硫酸盐和SO、SO的检验 ‎1．重要的硫酸盐及其用途 硫酸盐 俗名 颜色 用途 ‎2CaSO4·H2O 熟石膏 白色 作磨光粉、纸张填充物、气体干燥剂等 CaSO4·2H2O 生石膏 白色 塑像、模型、粉笔、医疗绷带等 FeSO4·7H2O 绿矾 浅绿色 生产铁系列净水剂、补血剂等 CuSO4·5H2O 胆矾、蓝矾 蓝色 配“波尔多液”、镀铜液 BaSO4‎ 重晶石 白色 白色颜料、医疗上作“钡餐”‎ KAl(SO4)2·12H2O 明矾 白色 净水剂 ‎2.SO、SO的检验 ‎(1)SO的检验：检验SO时要防止其他离子的干扰。‎ ‎①Ag＋的干扰：‎ 先用盐酸酸化，能防止Ag＋的干扰，因为(离子方程式)Ag＋＋Cl－===AgCl↓。‎ ‎②CO、SO的干扰：‎ 因为BaCO3、BaSO3也是白色沉淀，与BaSO4白色沉淀所不同的是这些沉淀能溶于强酸中。因此检验SO时，必须用酸酸化(不能用HNO3酸化)。例如：BaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ba2＋。‎ 所用钡盐不能用Ba(NO3)2溶液，因为在酸性条件下，SO、HSO、SO2等会被溶液中的NO氧化为SO，从而得出错误的结论。‎ 正确操作：被检液，加足量盐酸酸化，若无明显现象，再滴加BaCl2溶液，若有白色沉淀，则含SO。‎ ‎(2)SO的检验 向溶液中加入盐酸，将产生的气体通入品红溶液中红色褪去，加热后又恢复红色；或加入氯化钡溶液生成白色沉淀，加入盐酸，沉淀溶解并产生具有刺激性气味的气体。反应的离子方程式：SO＋2H＋===SO2↑＋H2O；SO＋Ba2＋===BaSO3↓，BaSO3＋2H＋===Ba2＋＋SO2↑＋H2O。‎ ‎【例1】　在某溶液中加入BaCl2溶液，生成白色沉淀，加入稀硝酸，沉淀不溶解，则下列关于该溶液所含离子的推断中正确的是(　　)‎ A．一定会有SO B．含有SO和Ag＋‎ C．可能含有SO、Ag＋、SO中的一种或两种 D．可能含有SO或CO ‎【解析】　A项错误，不能排除Ag＋、SO的干扰；B项错误，因为溶液中SO与Ag＋反应不能大量共存；C项正确，D项错误，由“加入稀硝酸，沉淀不溶解”可以判断不可能含有CO。‎ ‎【答案】　C ‎【提炼】　SO检验的易错点 ‎(1)只加可溶性钡盐，不酸化。误将CO、PO、SO等干扰离子判断成SO。因上述离子会产生BaCO3、Ba3(PO4)2、BaSO3白色沉淀。‎ ‎(2)误将Ag＋、Pb2＋判断成SO。如向待测液中滴加BaCl2溶液，再加稀盐酸有白色沉淀便断定含SO。其错误是未注意溶液中不含SO，而含Ag＋或Pb2＋时也会产生同样的现象：Ag＋＋Cl－===AgCl↓(白色)，Pb2＋＋2Cl－===PbCl2↓(白色)。‎ ‎(3)误将SO判断成SO。如向待测液中滴加用稀盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀，便误以为有SO。该错误是未注意NO具有强氧化性，在酸性环境中发生反应：Ba2＋＋SO===BaSO3↓(白色)，3BaSO3＋2H＋＋2NO===3BaSO4↓(白色)＋2NO↑＋H2O。‎ ‎【例2】　关于浓硫酸的性质和用途，下列说法正确的是(　　)‎ A．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 B．浓硫酸有吸水性，因此可以用来干燥NH3、H2、CO2等气体 C．铜与浓硫酸在加热条件下可以反应产生H2‎ D．常温下，浓硫酸不能用铁制容器盛放 ‎【解析】　浓硫酸能将蔗糖中的H、O元素以H2O的形式脱出，有机物炭化，体现浓硫酸的脱水性，同时水和浓硫酸作用放热，碳单质与浓硫酸反应生成CO2与SO2，体现浓硫酸的强氧化性，故A正确；浓硫酸不能干燥NH3，NH3为碱性气体，会被浓硫酸吸收，B错误；铜与浓硫酸反应的产物为硫酸铜、SO2与水，体现浓硫酸的强氧化性与酸性，C错误；常温下，浓硫酸能使铁、铝发生钝化，因此常温下可以用铁、铝制容器盛放浓硫酸，D错误。‎ ‎【答案】　A ‎【提炼】　‎ 浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性等特性，也具有酸性，同时还能作为某些反应的催化剂，应正确区分浓硫酸在不同反应或操作中的作用。吸水性和脱水性的区别在于原来的物质中是否含有水分子，将水分子从原来的物质中脱除，体现吸水性；从原来没有水的物质中将H、O元素按水分子的比例脱出的过程体现脱水性；有SO2作为还原产物体现浓硫酸的强氧化性，有硫酸盐生成体现浓硫酸的酸性。‎ ‎【例3】　下列关于含硫化合物的叙述不正确的是(　　)‎ A．SO2能与CaO反应，可用生石灰作工业废气的脱硫剂 B．SO2能使碘的淀粉溶液由蓝色变为无色，体现出漂白性 C．浓硫酸和Na2SO3反应制取SO2时，浓硫酸只表现酸性 D．医疗上曾用硫酸钡作X射线透视肠胃的内服药剂 ‎【解析】　二氧化硫为酸性氧化物，与碱性氧化物CaO反应生成盐，减少二氧化硫排入空气的量，故可用生石灰(CaO)作为工业废气的脱硫剂，A正确；二氧化硫与I2的反应为氧化还原反应，将I2还原为I－，体现二氧化硫的还原性而非漂白性，B错误；浓硫酸与Na2SO3反应制取SO2，强酸制备弱酸，体现了浓硫酸的酸性，C正确；医疗上用硫酸钡作X射线透视检查的内服药剂，因为硫酸钡难溶于水、难溶于常见的酸，对人体无毒，D正确。‎ ‎【答案】　B ‎【提炼】　SO2可以使多种有色溶液褪色，如溴水、碘水、酸性高锰酸钾以及滴有酚酞的NaOH和品红等，但是使有色溶液褪色不一定体现漂白性，要根据具体反应原理确定，使溴水、碘水和酸性高锰酸钾褪色体现还原性，使滴有酚酞的NaOH溶液褪色体现酸性氧化物性质，只有使品红褪色才是体现漂白性，结合形成不稳定的无色物质。此外，对于常见硫酸盐的性质与用途应有所了解，如石膏(CaSO4·2H2O)、绿矾(FeSO4·7H2O)、胆矾(CuSO4·5H2O)和重晶石(BaSO4)等。‎ ‎【例4】　在烧瓶放20 g蔗糖，依次加入少量水、20 mL浓硫酸，蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的黑面包，烧瓶发烫，品红溶液颜色变淡。请回答：‎ ‎(1)仪器a的名称为________________。‎ ‎(2)小试管盛装试剂为________________。‎ ‎(3)下列说法不正确的是____________。‎ A．蔗糖变黑说明发生C12H22O11―→12C＋11H2O B．品红颜色变淡说明SO2有漂白性 C．上述实验体现浓硫酸的脱水性、吸水性和氧化性 D．将气体依次通过饱和碳酸氢钠溶液、澄清石灰水，石灰水变浑浊证明含有CO2‎ ‎【解析】　在烧瓶放20 g蔗糖，依次加入少量水、20 mL浓硫酸，蔗糖逐渐变黑，浓硫酸具有脱水性，体积膨胀，形成疏松多孔的黑面包，是碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳、二氧化硫，烧瓶发烫反应放热，品红溶液颜色变淡，说明生成的二氧化硫具有漂白性。(1)仪器a是添加溶液、控制液体流速和体积的仪器，为分液漏斗。(2)生成的二氧化硫是污染性气体，不能排放到空气中，需要通过氢氧化钠溶液或氨水溶液吸收。(3)蔗糖的分子式为C12H22O11，浓硫酸具有脱水性，氢和氧按2∶1脱去剩余炭单质，C12H22O11―→12C＋11H2O，故A正确；二氧化硫具有漂白性，可以使品红溶液褪色，品红颜色变淡说明SO2有漂白性，B正确；蔗糖逐渐变黑体现了浓硫酸的脱水性，体积膨胀，形成疏松多孔的黑面包，说明炭单质和浓硫酸加热发生氧化还原反应，体现浓硫酸的强氧化性、吸水性，C正确；将气体依次通过饱和碳酸氢钠溶液、澄清石灰水，因为二氧化硫会与饱和碳酸氢钠反应生成二氧化碳，此外二氧化碳、二氧化硫都可以使澄清石灰水变浑浊，因此无法判断原气体中是否含有CO2，也无法确定是否是CO2使澄清石灰水变浑浊，故D错误。‎ ‎【答案】　(1)分液漏斗　(2)NaOH或氨水　(3)D ‎【提炼】　本题考查了浓硫酸的特性与SO2的性质，在解题中一定要注意二氧化硫与二氧化碳性质的异同。二氧化硫和二氧化碳都属于酸性氧化物，有一些相似的性质(酸性氧化物的通性)，如与水反应生成相应的酸，与碱反应生成盐和水，而亚硫酸盐的溶解性与碳酸盐也很类似，所以都能使澄清石灰水变浑浊；两者化学性质最大的差异是二氧化硫具有较强还原性，二氧化碳中碳元素已经处于最高价态，无还原性，此外二氧化硫与水反应得到的亚硫酸酸性比碳酸强，因此二氧化硫通入碳酸氢钠溶液中能够生成二氧化碳。‎ ‎【例5】　某实验小组同学为了探究铜与浓硫酸的反应，进行了如下实验，实验装置如图所示。‎ 实验步骤：‎ ‎①先连接如图所示的装置，检查好气密性，再加入试剂；‎ ‎②加热A试管，待B试管中品红溶液褪色后，熄灭酒精灯；‎ ‎③将Cu丝向上抽动离开液面。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)A试管中发生反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)能够证明铜与浓硫酸反应生成气体的实验现象是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在盛有BaCl2溶液的C试管中，除了导管口有气泡外，无其他明显现象，若将其中的溶液分成两份，分别滴加下列溶液，将产生沉淀的化学式填入表中对应的位置。‎ 滴加的溶液 氯水 氨水 沉淀的化学式 写出其中SO2表现还原性的离子反应方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(4)实验完毕后，先熄灭酒精灯，由于导管E的存在，试管B中的液体不会倒吸入试管A中，其原因是__________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)实验完毕后，装置中残留的气体有毒，不能打开导管上的胶塞。为了防止该气体排入空气中污染环境，拆除装置前，应当采取的操作是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)将SO2气体通入含有n mol Na2S的溶液中，充分反应后，溶液中出现黄色浑浊，试分析该溶液最多能吸收SO2气体________mol(不考虑溶解的SO2)。‎ ‎【解析】　(1)A试管中发生的是Cu与浓硫酸生成SO2的反应：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(2)利用SO2能使品红溶液褪色的性质来证明Cu与浓硫酸反应产生了SO2气体。(3)氯水中的Cl2具有氧化性，能将SO2氧化为SO，SO与Ba2＋反应生成BaSO4沉淀；氨水具有碱性，吸收SO2生成SO，SO与Ba2＋反应生成BaSO3沉淀。(4)导管E与大气相通，能使装置内的压强恒定，防止出现倒吸现象。(5)残留的有毒气体为SO2，只要利用空气将SO2缓慢赶入NaOH溶液中，使SO2被完全吸收即可。(6)SO2与Na2S反应，首先是SO2与H2O反应生成H2SO3：SO2＋H2OH2SO3，H2SO3与Na2S反应生成H2S：Na2S＋H2SO3===H2S↑＋Na2SO3，SO2与H2S反应生成S：2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O，该过程可表示为3SO2＋2Na2S===3S↓＋2Na2SO3，n mol Na2S吸收1.5n mol SO2，同时生成n mol Na2SO3，Na2SO3吸收SO2生成NaHSO3：Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3，该步反应又可吸收n mol SO2，故最多能吸收2.5n mol SO2。‎ ‎【答案】　(1)Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O ‎(2)B试管中品红溶液褪色 ‎(3)BaSO4　BaSO3　SO2＋Cl2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Cl－(或Ba2＋＋SO2＋Cl2＋2H2O===BaSO4↓＋4H＋＋2Cl－)‎ ‎(4)当A试管内气体压强减小时，空气从E导管进入A试管中，维持A试管中压强平衡 ‎(5)从E导管口向A试管中缓慢地鼓入足量的空气，将残留的SO2气体赶入NaOH溶液中，使之被完全吸收 ‎(6)2.5n ‎【提炼】　本题考查了浓硫酸与铜的反应及SO2的性质。二氧化硫中硫元素已经处于中间价态，既具有还原性也具有氧化性，当遇到具有较强氧化性的物质如氯水时，SO2表现出还原性，被氧化。当遇到具有较强还原性的物质如Na2S时，SO2表现出氧化性，被还原。‎