资源简介

4.1.2　硫酸的工业制备　浓硫酸的性质
1. 了解硫酸的工业制法。
2. 了解硫酸的酸性、浓硫酸的特性。
1. 接触法制硫酸的原料是硫黄、硫铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气，在我国主要用黄铁矿。
硫酸工业主要设备与流程
填写下表。
三阶段 a. 造气 b. 接触氧化 c. SO3的吸收
三设备
三反应
2. 尾气的吸收。
通常工业上是用氨水来吸收SO2，其反应的化学方程式为________________
_________________、　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3. 工业上制硫酸的设备分为三大部分，一是沸腾炉、二是接触室、三是吸收塔；仿照工业上制备硫酸的流程设计出下面的装置，以探究有关问题。
(1) 写出FeS2与氧气反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　。
(2) 从乙装置中出来的气体有　　　　　　　　　　　　　。
(3) 写出丙装置的作用：　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4) 本实验增加丁装置的目的是______________________________________。
(5) 本实验设计还存在的较明显缺陷是　　　　　　　　　　　　　　　　。
化学工业制备的要求：
1. 原料廉价且稳定，最好能结合本地地理环境的优势资源，以降低运输成本。
2. 从环保、成本等角度选择合适的化学反应，设计合理的反应装置，对原料进行粉碎等预处理，使得原料尽可能地被富集，保证在反应中能充分接触。
3. 制备流程简单高效，能耗低，反应放出的热量和剩余物质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，没有使用或生成对环境有害的物质，若有，须对有害物质进行无害化处理。
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？
1. 以稀硫酸为例，用电离方程式或离子方程式表示硫酸的性质：
(1) 与指示剂作用。
(2) 与活泼金属反应放出氢气。
(3) 与金属氧化物反应生成盐和水。
(4) 与碱反应生成盐和水。
(5) 与盐反应生成新盐和新酸。
2. 工业上常用硫酸跟磷酸钙[Ca3(PO4)2]反应制取磷酸。该方法应用了什么化学原理？
1. 探究浓硫酸的吸水性与脱水性。
编号 实验步骤 实验现象 实验结论
Ⅰ 将少量胆矾加入浓硫酸中
Ⅱ 用洁净的玻璃棒蘸取浓硫酸涂在纸片上
Ⅲ 用洁净的玻璃棒蘸取浓硫酸涂在蓝色石蕊试纸上
Ⅳ 在烧杯中将蔗糖用少量蒸馏水调成糊状，然后慢慢加入浓硫酸，边加边搅拌
(1) 实验Ⅳ的反应过程如下图所示。
①黑色物质急剧膨胀，长成“黑色面包”的原因是什么？
②蔗糖变黑体现了浓硫酸的什么性质？
(2) 浓硫酸吸水性和脱水性的有什么区别？
由此看出：二者的根本区别在于“水”是物质本身存在的，还是按氢、氧原子比为2∶1生成的。
(3) 浓硫酸常用作气体干燥剂，体现了浓硫酸的什么性质？潮湿的氨气能用浓硫酸干燥吗？
2. 探究浓硫酸的强氧化性。
完成下表中的实验探究，观察现象，并说明该实验体现了浓硫酸的何种性质（酸性、吸水性、脱水性和强氧化性等）。将你所得的结论写出来。
编号 实验步骤 实验现象 实验结论
Ⅴ 将一小块铜片放入试管中，加入2 mL浓硫酸，然后加热，并把产生的气体通入品红溶液中，尾气用NaOH溶液吸收
Ⅵ 将一小块铁片（或铝片）放入盛有浓硫酸的试管中，一段时间后取出，再小心放入CuSO4溶液中
(1) 实验Ⅴ还可以采用下图装置进行实验
①写出该制取SO2反应的化学方程式。
②可拉动的铜丝代替铜片的优点是什么？
③试管c中“浸有NaOH溶液的棉团”的作用是什么？写出反应的化学方程式。
④将64 g铜片加入盛有浓硫酸（含2 mol H2SO4）的试管中加热，充分反应后，铜片能否完全溶解？请解释原因。
⑤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。
(2) Fe、Al的钝化。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。
①“钝化”是化学变化吗？
②常温下应如何储运浓硫酸？
(3) 与非金属反应。加热时，浓硫酸可以和C、S、P等非金属反应，写出浓硫酸与木炭反应的化学方程式。
1. 鉴别稀硫酸与浓硫酸。
在两个容器中盛有相同体积的浓硫酸和稀硫酸，设计简单的方法将其中的浓硫酸鉴别出来。看看谁设计的方法多？谁设计的方法简单？谁设计的方法最有创意？
2. 利用废铜屑制备硫酸铜溶液。
某课外兴趣小组利用废铜屑制备硫酸铜溶液，设计了下列几种实验方案：
方案一：以废铜屑和浓硫酸反应制取硫酸铜溶液。
方案二：将废铜屑在空气中灼烧后，再投入稀硫酸中可制得硫酸铜溶液。
方案三：将废铜屑加入稀硫酸与双氧水的混合液中，并用30～40 ℃水浴加热，一段时间后，铜完全溶解，得到硫酸铜溶液。其实验流程如下：
(1) 方案二与方案一相比，具有哪些优点？
(2) ①写出方案三的溶解过程中发生反应的离子方程式。
②猜想该实验采用30～40 ℃水浴加热的原因是什么？
名称 俗称和成分 颜色 名称 俗称和成分 颜色
硫酸钙 石膏CaSO4·2H2O 熟石膏2CaSO4·H2O 白色 硫酸钡 重晶石BaSO4 白色
硫酸亚铁 绿矾FeSO4·7H2O 绿色 硫酸钠 芒硝Na2SO4·10H2O 白色
硫酸铜 胆（蓝）矾CuSO4·5H2O 蓝色 硫酸锌 皓矾ZnSO4·7H2O 白色
1. [2025淮安期末]下列物质与危险化学品标志的对应关系不正确的是　(　　)
A. 汽油 B. 天然气 C. 浓硫酸 D. 氢氧化钠
2. 工业上采用接触法制硫酸，其中在接触室进行的反应是(　　)
A. S＋O2SO2 B. 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
C. 2SO2＋O22SO3 D. SO3＋H2O===H2SO4
3. [2024镇江期末]根据下列实验操作和现象所得到的结论正确的是(　　)
选项 实验操作和现象 实验结论
A 向蓝色石蕊试纸上滴加新制氯水，试纸边缘呈红色，中间为白色 氯水既有酸性又有还原性
B 向溶有SO2的BaCl2溶液中通入气体X，出现白色沉淀 气体X一定具有强氧化性
C 向胆矾晶体上滴加浓硫酸，晶体变白 浓硫酸具有脱水性
D 向淀粉 KI溶液中滴加几滴溴水，溶液变蓝 氧化性：Br2>I2
4. [2025南京调研]下列实验方案能达到实验目的的是　(　　)
选项 实验目的 实验方案
A 探究浓硫酸的吸水性 向表面皿中加入少量CuSO4·5H2O，再加入约3 mL浓硫酸，搅拌，观察实验现象
B 比较浓硫酸和浓盐酸的氧化性强弱 室温下，在浓硫酸和浓盐酸中分别投入光亮的铁钉
C 探究浓硫酸与木炭反应的气体产物中是否含有CO2 将浓硫酸与木炭混合加热生成的气体通入足量澄清石灰水中，观察是否有白色沉淀产生
D 检验Fe(NO3)2固体是否氧化变质 将Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸后，滴加KSCN溶液（检验Fe3+）
[南通期末]阅读下列材料，完成5～7题。
硫酸是重要的化工原料，可用于生产化肥、农药、炸药、染料和盐类。我国工业上一般以黄铁矿为原料来制备硫酸。工业制硫酸涉及下列反应：
①4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2；②2SO2＋O22SO3；③SO3＋H2O===H2SO4。
生产中用浓硫酸代替水吸收SO3，制得发烟硫酸(H2SO4·xSO3)，将发烟硫酸稀释后可制得密度为1.84 g/cm3、质量分数为98%的浓硫酸。
5. 下列有关硫及其化合物的性质与用途具有对应关系的是(　　)
A. 硫具有还原性，可用硫黄处理洒落的汞单质
B. 二氧化硫具有氧化性，可用作葡萄酒的抗氧化剂
C. 稀硫酸具有酸性，可用于去除铁锈
D. 浓硫酸具有脱水性，可用于干燥二氧化硫
6. 探究浓硫酸和铜的反应，下列实验原理、装置和操作均能达到实验目的的是(　　)
甲 乙 丙 丁
A. 用装置甲进行铜和浓硫酸的反应 B. 用装置乙验证SO2
C. 用装置丙验证反应生成了CuSO4 D. 用装置丁吸收尾气
7. 下列有关工业制硫酸的说法正确的是(　　)
A. 98%的浓硫酸的物质的量浓度为18.4 mol/L
B. 反应①中FeS2既是氧化剂又是还原剂
C. 该条件下反应②中生成的SO3不能转化为SO2
D. 将50 g发烟硫酸与50 g H2O混合，可得到100 g质量分数为50%的硫酸溶液
8. 下列有关铜与过量浓硫酸反应实验的说法不正确的是(　　)
A. 喷有碱液的棉花是为了防止SO2污染环境
B. 试管中析出蓝色固体
C. 铜片表面先发黑，反应完全后试管a底部有白色固体
D. 反应的化学方程式是Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋SO2↑＋2H2O
9. [2025苏州十中阶段检测]甲研究小组按下图装置进行实验，使用实验室常用药品，验证锌与浓硫酸反应生成物中的气体成分，取足量的Zn置于b中，向a中加入适量浓硫酸，经过一段时间的反应，Zn仍有剩余。
甲
(1) 仪器a的名称是　　　　。
(2) 在反应初始阶段，装置A中发生的化学方程式为____________________
____________________。
(3) 装置C中若为酸性KMnO4溶液，则对应的离子方程式为______________
____________________________。
(4) 装置G中碱石灰的作用为　　　　　　　　　，E中的现象是_________
____________________________。
(5) 有同学认为A、B间应增加图中的甲装置，该装置的作用为　　　　。
10. 以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：
请回答下列问题。
(1) 在炉气制造中，黄铁矿粉碎的目的是______________________________，
生成二氧化硫的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2) 炉气精制的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3) 二氧化硫催化氧化的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。
(4) D中的浓硫酸是不是可以用水代替？　　　　　，原因是____________
_________________________________。
(5) 尾气的主要成分是　　　　　　　　　，若将尾气通入氢氧化钙浊液中，最终得到的副产品是　　　　。
4.1.2　硫酸的工业制备　浓硫酸的性质
【活动方案】
活动一：
1. 沸腾炉　接触室　吸收塔　4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2　2SO2＋O22SO3
SO3＋H2O===H2SO4
2. SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O
(NH4)2SO3＋SO2＋H2O===2NH4HSO3
3. (1) 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
(2) SO2、O2、SO3
(3) 吸收SO3气体(模拟吸收塔)
(4) 探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫而不用水(吸收产生酸雾)
(5) 缺少尾气吸收装置
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，硫铁矿制酸设备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，具体选用何种制硫酸工艺，应根据实际条件和要求进行决策。
活动二：
1. (1) H2SO4===2H＋＋SO
(2) Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑(合理即可，下同)
(3) CuO＋2H＋===Cu2+＋H2O
(4) Cu(OH)2＋2H＋===Cu2+＋2H2O
(5) MgCO3＋2H＋===Mg2+＋H2O＋CO2↑
2. 强酸制弱酸原理。
活动三：
1. Ⅰ. 蓝色晶体逐渐变成灰白色　浓硫酸有吸水性
Ⅱ. 片刻后纸片发黄变黑并被蚀穿　浓硫酸有脱水性
Ⅲ. 试纸变红，但片刻后试纸变黑并被蚀穿　浓硫酸有酸性、脱水性
Ⅳ. 开始时烧杯中蔗糖变棕色，然后快速膨胀变成黑色疏松多孔的固体，同时产生大量水蒸气并放出有刺激性气味的气体　浓硫酸有脱水性、吸水性和强氧化性
(1) ①蔗糖炭化后，C与浓硫酸反应产生大量的气体，从而使黑色物质急剧膨胀，长成黑色面包。
②体现了浓硫酸的脱水性。
(3) 吸水性　不能
2. Ⅴ. 在试管底部有灰白色固体出现，加入水中后形成蓝色溶液；放出的气体能使品红溶液褪色　浓硫酸有酸性和强氧化性
Ⅵ. 无明显现象　浓硫酸有强氧化性，在常温下使铁、铝发生钝化
(1) ①Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。　②可以拉动铜丝控制反应的进行与停止。 ③吸收多余的SO2，以防污染环境，SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O。　④铜片不能完全溶解，原因是随着反应的进行，硫酸的浓度变小，而铜与稀硫酸不反应。　⑤Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，Zn＋H2SO4(稀)===ZnSO4＋H2↑。
(2) ①钝化是化学变化，金属表面生成致密的氧化物，有新物质生成。　②常温下，浓硫酸能使Fe、Al“钝化”，故可用铝槽(或铁罐)车储运浓硫酸。
(3) C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。
活动四：
1. (1) 密度法：用密度计测量两者的密度，密度大的为浓硫酸。
(2) 稀释法：分别取少量两种浓度的硫酸加入一定量水中，放出热量大的为浓硫酸。
(3) 吸水法：用试管分别取少量液体，再加入少量胆矾，能使胆矾变灰白的为浓硫酸。
(4) 脱水法：用玻璃棒分别蘸取少量液体涂在纸片上，能使纸片变黑的为浓硫酸。
(5) 强氧化性：用试管分别取少量两种浓度的硫酸，再加入少量铜片，加热后能和铜片反应的为浓硫酸。
(6) 利用黏稠性：轻轻振荡两份溶液，观察液体的黏稠性，黏稠性大的为浓硫酸。
2. (1) 制取等量的硫酸铜更加节省硫酸，且没有SO2等有害气体产生。
(2) ①Cu＋H2O2＋2H＋Cu2+＋2H2O。
②温度过低，反应速率慢；温度过高，H2O2受热易分解(或加快反应速率，防止H2O2分解)。
【课堂反馈】
1. D　汽油是易燃液体，A正确；天然气是易燃气体，B正确；浓硫酸具有腐蚀性，C正确；氢氧化钠属于碱，不具有氧化性，不是氧化剂，D错误。
2. C　工业接触法制硫酸时，硫铁矿或硫黄在沸腾炉灼烧来制取二氧化硫气体，A、B错误；二氧化硫和氧气在接触室中发生催化氧化来制备三氧化硫，C正确；三氧化硫在吸收塔中被98.3%的浓硫酸吸收，D错误。
3. D　氯水中含有盐酸，能使石蕊试纸变红，氯水中还含有次氯酸，有漂白性，能使石蕊试纸褪色，说明氯水既有酸性又有氧化性，A错误；气体X也可能为氨气等碱性气体，使得反应生成亚硫酸钡沉淀，B错误；蓝色晶体变白，说明晶体失去结晶水，体现浓硫酸的吸水性，C错误；向淀粉 KI溶液中滴加几滴溴水，溶液变蓝，说明有单质碘生成，该反应中单质溴是氧化剂，单质碘是氧化产物，根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，则氧化性Br2>I2，D正确。
4. A　室温下，Fe在浓硫酸中发生钝化，B错误；浓硫酸与木炭反应生成的气体中含有CO2、SO2，SO2也能使澄清石灰水变浑浊，会干扰CO2的检验，C错误；稀硫酸可提供酸性环境，酸性条件下，NO具有强氧化性，能将Fe2+氧化为Fe3+，D错误。
5. C　Hg＋S===HgS，硫的化合价降低，体现氧化性，A错误；SO2具有还原性，作抗氧化剂，B错误；稀硫酸除铁锈的离子方程式为Fe2O3＋6H＋===2Fe3+＋3H2O，体现酸性，C正确；浓硫酸作干燥剂，是因为其有吸水性，D错误。
6. C　铜与浓硫酸反应，需要加热，A错误；装置乙中，SO2气体应该“长进短出”，B错误；反应后的混合溶液中有较浓硫酸，应倒入水中，若溶液变蓝，说明生成了CuSO4，C正确；SO2能与NaOH溶液反应，吸收时要防倒吸，漏斗下沿应贴着液面，D错误。
7. A　4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2中，铁、硫的化合价均升高，FeS2作还原剂，B错误；该反应是可逆反应，该条件下，SO3可分解生成SO2和O2，C错误；SO3与水反应生成H2SO4，溶质是H2SO4，质量大于50 g，D错误。
8. B　喷有碱液的棉花，其作用是吸收过量的SO2，防止环境污染，A正确；浓硫酸具有吸水性，使生成的硫酸铜过饱和而析出白色的固体，B错误；浓硫酸具有强氧化性，铜被氧化生成氧化铜，表面先发黑，浓硫酸具有吸水性，使生成的硫酸铜过饱和而析出白色的固体，C正确；铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，D正确。
9. (1) 分液漏斗　(2) Zn＋2H2SO4(浓)ZnSO4＋SO2↑＋2H2O　(3) 5SO2＋2MnO＋2H2O===5SO＋2Mn2+＋4H＋　(4) 防止空气中的水蒸气进入装置干扰实验　黑色固体变红色 (5) 防倒吸
10. (1) 增大反应物的接触面积，提高反应速率，使反应物反应完全　4FeS2＋11O2
2Fe2O3＋8SO2 (2) 防止催化剂中毒　(3) 2SO2＋O22SO3 (4) 不可以　用水吸收三氧化硫易形成酸雾，降低吸收效率　(5) SO2、SO3和空气　石膏(CaSO4·2H2O)

展开更多......

收起↑