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第2课时　硫酸　硫酸盐
第五章
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
素养目标
1.结合初中知识及实验探究,认识浓硫酸的吸水性、脱水性及其区别。
2.通过铜与浓硫酸反应的实验探究,掌握浓硫酸的强氧化性,提升科学探究与创新意识的学科核心素养。
3.联系生产、生活实际,认识常见硫酸盐的成分、性质和应用,提升科学态度与社会责任的学科核心素养。
课前篇 素养初探
【自主梳理】
一、硫酸的用途和制备
1.用途
重要化工原料,可用于生产化肥、农药、炸药、染料和盐类等。
2.工业上制备硫酸的原料 主要成分:FeS2
(1)硫黄或其他含硫矿物(如黄铁矿);
(2)从冶炼金属时产生的废气中回收的二氧化硫。
3.工业制硫酸的原理示意图
【微思考1】从化合价角度分析,工业制硫酸过程中,硫元素发生了怎样的变化
提示 S(或FeS2)→SO2、SO2→SO3过程,其中硫元素发生氧化反应;SO3→H2SO4过程,硫元素发生非氧化还原反应。
二、稀硫酸的化学性质
具有酸的通性,溶于水完全电离,电离方程式:H2SO4 === 2H++ 。
三、浓硫酸的特性
1.吸水性与脱水性
一般针对有机化合物,并非存在真实的水
(1)实验探究浓硫酸的脱水性
实验操作
实验 现象 蔗糖变黑,体积膨胀,变成疏松多孔的海绵状固体,并放出有刺激性气味的气体
实验 结论 浓硫酸具有脱水性
(2)吸水性与脱水性对比
性质 吸水性 脱水性
原理 浓硫酸能够吸收存在于周围环境中的水分 浓硫酸能将蔗糖、纸张、棉布和木材等有机物中的氢、氧元素按水的组成比脱去
区别 物质中含有H2O 物质中不含有H2O,含有氢元素和氧元素
应用 作干燥剂 —
【微思考2】浓硫酸能使蓝色胆矾变为白色,该过程体现了浓硫酸的脱水性还是吸水性
提示 体现了吸水性。浓硫酸的吸水性是指浓硫酸吸收现成的水分子(如气体、液体中的水分子,固体中的结晶水等)。
2.强氧化性
(1)与金属的反应
除Au、Pt以外的大多数金属单质都能与浓硫酸作用,如铜。
实验操作
实验 现象 a试管中铜丝表面有气泡逸出。
b试管中的品红溶液逐渐变为无色。
c试管中的紫色石蕊溶液逐渐变为红色。
不能褪色
将a试管里冷却后的溶液慢慢倒入水中,溶液变为蓝色
实验 结论 Cu和浓硫酸反应的化学方程式:
Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)与非金属反应
浓硫酸只体现强氧化性　　
加热时与木炭反应的化学方程式为
C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O。
【微思考3】在教材【实验5-3】中,若铜丝足量,试管中浓硫酸能否完全反应 为什么
提示 不能;铜足量时,随着反应的进行,H2SO4浓度逐渐降低,变成稀硫酸后反应会停止,故浓硫酸不能完全反应。
三、硫酸盐
1.硫酸钙
(1)性质
石膏(CaSO4·2H2O)
熟石膏(2CaSO4·H2O)
(2)用途
①制作各种模型和医疗用的石膏绷带。
②工业上,可用来调节水泥的硬化速率。
2.硫酸钡
(1)存在:以重晶石(BaSO4)形式存在。
(2)性质:白色固体,不溶于水和酸,且不容易被X射线透过。
(3)用途:医疗上可被用作消化系统X射线检查的内服药物,俗称“钡餐”。
【微思考4】已知可溶性钡盐有毒,“胃酸”的主要成分是盐酸。医疗上不能用碳酸钡代替硫酸钡作“钡餐”,请结合离子方程式说明原因。
提示 盐酸的酸性强于碳酸,BaCO3与盐酸反应生成易溶于水的BaCl2:BaCO3+2H+ === Ba2++CO2↑+H2O,Ba2+会引起人体中毒。
3.硫酸铜
(1)性质
白色粉末,结合水后会变成蓝色晶体,化学方程式为
CuSO4+5H2O === CuSO4·5H2O,CuSO4·5H2O俗称胆矾或蓝矾。
(2)用途
①硫酸铜可用来检验酒精中是否含有少量水。
②胆矾可与石灰乳混合制成一种常用农药——波尔多液。
【自我检测】
正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)浓硫酸具有强氧化性,稀硫酸不具有氧化性。(　　)
(2)将浓硫酸滴到蔗糖表面,固体变黑膨胀并有刺激性气味的气体生成,说明浓硫酸有脱水性和强氧化性。(　　)
(3)浓硫酸具有吸水性,所以浓硫酸可以干燥H2、CO、NH3、H2S、HI、HBr等气体。(　　)
(4)加热时,足量锌粉与浓硫酸反应,生成ZnSO4同时得到纯净SO2气体。(　　)
(5)铜片溶于热的浓硫酸,体现了浓硫酸的酸性和强氧化性。(　　)
×
√
×
×
√
课堂篇 素养提升
任务一
浓硫酸的吸水性和脱水性
【问题探究】
1.将分别盛有浓硫酸和稀硫酸的试剂瓶敞口
放置,其质量和放置天数的关系如图所示。
图中表示浓硫酸质量变化的曲线是哪条
判断依据是什么
提示 曲线b;浓硫酸具有吸水性,可吸收空气中的水蒸气,其质量增加。
【微点拨】浓硫酸可作干燥剂,可用于干燥H2、SO2、HCl等气体,但不能干燥碱性气体和某些强还原性气体。
2.如何区分浓硫酸的“吸水性”和“脱水性”
提示 如果与浓硫酸接触的物质中确实存在水分子,则体现浓硫酸的吸水性,如浓硫酸能使CuSO4·5H2O由蓝变白;如果与浓硫酸接触的物质中根本不存在水分子,仅含氢元素和氧元素,则体现浓硫酸的脱水性,如浓硫酸可使蔗糖(C12H22O11)变黑。
【深化拓展】
1.浓硫酸吸水性、脱水性的区别
吸水性→浓硫酸吸取物质中本身存在的水或结晶水的性质
|
脱水性→浓硫酸将组成有机物的H、O元素按原子个数比2∶1以“H2O”的形式脱去的性质
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.浓硫酸与稀硫酸的鉴别方法
方法 操作 结论
脱水法 用玻璃棒蘸取两液体分别涂在白纸上 变黑者是浓硫酸
稀释法 分别加入盛水的试管中 明显放热者是浓硫酸
吸水法 分别滴加到硫酸铜晶体(CuSO4·5H2O)上 蓝色晶体变白者是浓硫酸
钝化法 常温下,取已去氧化膜的两块铝片(或铁片)分别放入盛有浓、稀硫酸的试管中 有大量气泡冒出的是稀硫酸,无明显现象的是浓硫酸
方法 操作 结论
生雾法 分别滴加到浓盐酸中 有白雾产生的是浓硫酸
观察法 分别用玻璃棒蘸取两液体 黏稠状的是浓硫酸
密度法 分别称量相同体积的两液体 质量大的是浓硫酸
氧化法 分别取两支试管,加入铜片后再分别加入两液体,加热 溶液变蓝,有刺激性气味气体产生的是浓硫酸
【素能应用】
典例1如图所示,在一个白色的点滴板的孔穴中分别放入小纸片、少量CuSO4·5H2O。然后分别滴入几滴浓硫酸或稀硫酸,观察现象。回答下列问题:
(1)浓硫酸滴于小纸片上,小纸片变　　　　　　　(填实验现象),说明浓硫酸具有　　　　性。
(2)稀硫酸滴入CuSO4·5H2O中,CuSO4·5H2O　　　　　　　　　　　　(填实验现象);浓硫酸滴入CuSO4·5H2O中,CuSO4·5H2O　　　　(填实验现象),说明浓硫酸具有　　　　性。
答案 (1)黑　脱水
(2)溶解,溶液呈蓝色　由蓝色变成白色　吸水
解析 浓硫酸具有吸水性、脱水性,但稀硫酸不具有这些性质。
【变式设问】
根据浓硫酸的性质分析,能否利用pH试纸测定浓硫酸的pH 为什么
提示 不能;浓硫酸具有脱水性,会使pH试纸脱水炭化。
变式训练1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
答案 D
解析 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。
任务二
浓硫酸的强氧化性
【问题探究】
1.浓硫酸与稀硫酸的氧化性区别在哪里
提示 浓硫酸的氧化性是+6价的硫元素体现的,而稀硫酸的氧化性是H+体现的。
2.C、Cu分别与浓硫酸反应时,浓硫酸各表现出什么性质
提示 与碳反应时,体现了浓硫酸的强氧化性;与铜反应时,体现了浓硫酸的酸性和强氧化性。
3.浓硫酸与过量的Zn充分反应,发生的反应有哪些 写出化学方程式。
提示 Zn+2H2SO4(浓) === ZnSO4+SO2↑+2H2O,Zn+H2SO4(稀) === ZnSO4+H2↑。
【深化拓展】
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。
2.一般反应规律
反应物 变化或反应 表现性质
活泼金属 铁、铝 常温下,铁、铝遇到浓硫酸时发生钝化 强氧化性
加热时,反应生成硫酸盐、SO2和H2O 强氧化性和酸性
锌等其他 活泼金属 与浓硫酸反应时,开始产生SO2 浓硫酸变稀后,产生H2 酸性
较不活泼金属 (如铜、银等) 金属+浓硫酸 高价态金属硫酸盐+SO2↑+H2O 强氧化性和酸性
反应物 变化或反应 表现性质
碳、硫、磷等非金属 非金属单质+浓硫酸 高价态非金属氧化物或含氧酸+SO2↑+H2O 强氧化性
某些还原性化合物 能将还原性物质(如H2S、HI、HBr、FeCl2)氧化,如: H2S+H2SO4(浓) ===S↓+SO2↑+2H2O 【素能应用】
典例2下列实验所得结论不正确的是(　　)
A.实验Ⅰ中气体是H2 B.实验Ⅱ中没有发生化学反应
C.实验Ⅲ中气体是SO2 D.浓度、温度影响实验现象
答案 B
解析 铁与稀硫酸反应生成FeSO4和H2,A正确;常温下,铁片在浓硫酸中发生钝化,表面生成致密的氧化膜而变暗,氧化膜阻止内层铁与浓硫酸继续反应,故变暗后无明显现象,B错误;铁与浓硫酸在加热时发生反应,H2SO4被还原生成SO2,C正确;对比实验Ⅰ和Ⅱ可知,硫酸的浓度对实验现象产生影响,对比实验Ⅱ和Ⅲ可知,反应的温度对实验现象产生影响,D正确。
【变式设问】
加热条件下,一定量浓硫酸与足量铁粉充分反应,收集到气体的成分是什么 用文字描述其原因。
提示 SO2和H2;加热时,浓硫酸与铁反应生成SO2,随着反应进行,H2SO4的浓度逐渐减小,稀硫酸与铁反应生成H2。
变式训练2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,浓硫酸既表现氧化性,又表现酸性
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
解析 该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,浓硫酸既表现氧化性,又表现酸性。该反应为氧化还原反应,在该反应中,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。
随堂检测
1.国家为了规范管理危险化学品,颁布了《危险化学品目录》,其中硫酸是危险化学品。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Cu2O
答案 B
解析 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。Cu2O是砖红色的,D项错。
2.某同学设想用如下装置来验证浓硫酸的某些性质,其中不能达到目的的是(　　)
答案 D
解析 由于水分子不断运动,玻璃罩内空气中的水蒸气不断地被浓硫酸吸收,左侧烧杯中的水不断挥发,最后左侧烧杯内的液体量明显少于右侧烧杯内的液体量,A正确;滤纸接触浓硫酸后,很快会因脱水而变黑,B正确;浓硫酸滴到小试管内的水中,放出的热量会使锥形瓶内气体受热膨胀,气体的压强增大,U形管内液面出现左低右高的现象,C正确;常温下铜片与浓硫酸不反应,无法判断浓硫酸是否表现出强氧化性,D错误。
3.(2021山东泰安高一期末)对下列事实的解释错误的是(　　)
A.在蔗糖中加入浓硫酸后出现发黑现象,说明浓硫酸具有脱水性
B.浓硫酸与胆矾晶体混合,振荡,晶体颜色变浅,说明浓硫酸具有吸水性
C.常温下,浓硫酸可以用铝质容器贮存,说明铝与浓硫酸不反应
D.CuSO4+H2S === CuS↓+H2SO4能进行,说明硫化铜既不溶于水,也不溶于稀硫酸
答案 C
解析 在蔗糖中加入浓硫酸后出现发黑现象,说明浓硫酸将蔗糖脱水炭化,体现浓硫酸的脱水性,A正确;胆矾(CuSO4·5H2O)与浓硫酸混合,振荡,晶体颜色变浅,说明失去部分结晶水,该过程体现浓硫酸的吸水性,B正确;常温下,铝在浓硫酸中发生钝化,表面生成致密的氧化膜,并非不发生反应,C错误;反应CuSO4+H2S === CuS↓+H2SO4能进行,结合复分解反应规律推知,CuS难溶于水和稀硫酸,D正确。
4.(2021辽宁丹东高一期末)某学生用如图所示装置做浓硫酸和蔗糖反应的实验。下列有关实验操作或叙述错误的是(　　)
A.打开A中分液漏斗活塞和玻璃塞,加入浓硫酸,充分反应后烧瓶内出现黑色膨化固体
B.品红溶液红色褪去,证明有SO2气体生成
C.检验A中产生的气体中含有水蒸气,应将E接在A和B之间
D.D中溶液变浑浊,即可证明反应产生了CO2
答案 D
解析 浓硫酸使蔗糖脱水炭化,并放出大量的热,生成的炭还能与浓硫酸反应生成CO2、SO2,使炭出现疏松多孔,A正确;B中品红溶液褪色,结合元素守恒可知,能使溶液褪色的只能是SO2,证明A中反应生成了SO2气体,B正确;气体通过B、C、D装置均能混入水蒸气,故要检验A中生成的气体中含有水蒸气,应将盛有CuSO4粉末的U形管接入A和B之间,C正确;D中溶液变浑浊不能证明反应产生CO2,必须排除SO2的干扰,即当C中溶液不褪色,且D中溶液变浑浊时才能证明反应产生了CO2,D错误。
5.(2021辽宁抚顺六校联考)某研究小组在实验室进行硫的化合物系列实验。
Ⅰ.验证H2SO3的酸性比H2CO3强,甲同学设计如图装置。
(1)试剂X的作用是　　　　　　　。
(2)当观察到　　　　　,即证明H2SO3的酸性比H2CO3强。
Ⅱ.研究铁与硫酸的反应。
已知:浓硫酸的沸点为338.2 ℃。
a.乙同学设计如下表所示的实验1、2;
实验 试剂 现象
1 螺旋状铁丝、稀硫酸 铁丝表面有大量气体产生
2 螺旋状铁丝、浓硫酸 铁丝表面迅速发黑(Fe3O4),有少量气体产生,反应很快停止
(3)实验1中,铁与稀硫酸反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　。
(4)实验2中的现象常被称为　　　　　。
b.丙同学设计如图所示装置的实验3:
加热试管A,温度保持在250~300 ℃,产生大量气体,B中品红溶液褪色,D处始终未检测到可燃性气体,实验结束后,检验到A的溶液中既有Fe3+又有Fe2+。
(5)A中产生的气体是　　　　　;请设计实验方案检测装置A的溶液中含有Fe3+　　　　　　　　　　(简要说明操作、试剂、现象和结论)。
(6)分析实验1、2、3可知,造成铁和硫酸反应产物多样性的因素有　　　　　　　　　　　。
答案 (1)检验SO2是否除尽
(2)品红溶液不褪色,澄清石灰水变浑浊
(3)Fe+2H+ === Fe2++H2↑　(4)钝化
(5)SO2　取少量溶液,滴加KSCN溶液,若溶液呈红色则证明有Fe3+存在
(6)反应的温度、反应物的浓度、反应物用量等
解析 (1)验证H2SO3的酸性比H2CO3强,可将SO2通入NaHCO3溶液中,反应生成CO2,利用澄清石灰水检验CO2,检验CO2之前要排除SO2的干扰,可用酸性KMnO4溶液除去SO2,试剂X用于检验SO2是否除净,则试剂X是品红溶液。
(2)观察到试剂X(品红溶液)不褪色、澄清石灰水变浑浊,说明反应生成了CO2,即可证明H2SO3的酸性比H2CO3的强。
(3)铁与稀硫酸反应生成FeSO4和H2,反应的离子方程式为Fe+2H+ === Fe2++H2↑。
(4)实验2中铁丝表面迅速发黑,有少量气体产生,反应很快停止,说明铁在浓硫酸中发生了钝化。
(5)铁丝与浓硫酸在加热时反应生成SO2,则A中产生的气体是SO2。检验装置A溶液中含有Fe3+,可滴加KSCN溶液,溶液变成红色,则证明有Fe3+存在。
(6)分析实验1、2、3可知,造成铁和硫酸反应产物多样性的因素有反应的温度、反应物的浓度、反应物的用量等。

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