资源简介

4.1.2
硫酸的工业制备
浓硫酸的性质
教材介绍了工业上生产硫酸的基本原理，重点介绍了浓硫酸的特性和应用。通过学习，学生不但学到了硫元素及其化合物的性质和应用等知识，还能认识到化学物质在造福人类、推动人类社会物质文明发展中所起的作用，使学生进一步学习了基本的化学实验技能，认识科学探究的意义，树立科学应用化学物质促进社会可持续发展示的科学发展观；培养学生的科学精神和社会责任。
1、宏观辨识与微观探析：了解工业上制备硫酸的基本原理和浓硫酸的特性及应用。
2、变化观念与平衡思想：从微观结构区分浓硫酸和稀硫酸化学性质的不同，认识到量变到质变的变化。
3、证据推理与模型认知：通过实验证据推理，培养学生严谨的逻辑推理的思维模式。
4、科学探究与创新意识：引导学生在实验过程中对教材实验进行合理改进，科学探究和严谨推理。
5、科学精神与社会责任：认识科学探究的意义，树立科学应用化学物质促进社会可持续发展示的科学发展观；培养学生的科学精神和社会责任。
1、硫酸工业的基本原理
2、浓硫酸的特性
相关实验器材、实验视频、图片等
引入新课：
硫酸是当令世界上最重要的化工产品之一，美誉为“化学工业之母”，工业上常用硫酸的年产量来衡量一个国家的化工生产能力。早在1000年以前，我国就用加热胆矾（CuSO4·5H2O）或绿矾（FeSO4·7H2O）的方法来制硫酸，如：《黄帝九鼎神丹经诀》——“炼石胆取精华法”。
PPT展示：（1）CuSO4·5H2O==CuO+SO3↑+5H2O
SO3
+
H2O==H2SO4
（2）2FeSO4·7H2O
==Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14
H2O
SO3+H2O==H2SO4
引入：随着科技的发展，工艺的改进，目前工业制备硫酸主要采用接触法，原料为硫铁矿或硫黄。
板书：一、硫酸的工业制备
板书：1、三设备：沸腾炉、接触室、吸收塔。
三原料：硫铁矿或硫黄、
空气、98.3%的浓硫酸
三原理：
（1）沸腾炉：4FeS2
+
11O2
==
2Fe2O3
+
8SO2
或S
+
O2
==
SO2
二氧化硫的制取和净化阶段
（2）接触室：
2SO2
+
O2
?2SO3
二氧化硫转化三氧化硫阶段
（3）吸收塔：SO3
+
H2O
==
H2SO4
三氧硫的吸收和硫酸的生成阶段
PPT展示：工业制备硫酸装置图
学生活动：思考并回答下列问题：
（1）有哪些特殊的工艺要求？硫铁矿为什么要粉碎？
（2）从沸腾炉中出来的气体中含有哪些杂质，怎样处理？
（3）热交换器起什么作用？为什么控制温度在450℃？
（4）为什么用98.3%的浓硫酸吸收而不用水吸收？
（5）浓硫酸为什么要从上向下喷下？
（6）会产生哪些废弃物？
讲解：工业生产得到的硫酸一般都是质量分数大于92%的浓硫酸，实际使用时可以根据需要稀释成不同浓度的硫酸。稀硫酸中H2SO4电离成H+和SO42-，具有酸的通性。
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？
学生活动：阅读教材第94页内容。
PPT展示：
1、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便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。
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，反应放出的热量质尽可能加以循环利用，生副产物较少。
（4）制备过程绿色，环保，不使用或生成对环境有害的物质。
过度：浓硫酸中离子的量很少，主要以H2SO4分子存在。所以，浓硫酸具有一些特殊的性质。
板书：二、浓硫的特性
实验1、向表面皿中加入少量胆矾，再加入约3mL浓硫酸，搅拌，观察实验现象。
多媒体播放视频：吸水性
实验现象：蓝色的胆矾（CuSO4·5H2O）变成白色（CuSO4）
板书：1、吸水性---做干燥剂
实验2、取2g蔗糖，放入大试管中，加2-3滴水，再加入约3mL的浓硫酸，迅速搅拌，然后塞紧带玻璃导管的橡皮塞，将玻璃导管的另一端插入盛有品红溶液的试管中，观察实验现象。
多媒体播放视频：脱水性
实验现象：蔗糖由白变黑，慢慢膨胀，形成疏松的海绵状，同时有刺激性气味产生。
实验结论：浓硫酸具有脱水性
板书：2、脱水性:浓硫酸按照水的组成比，夺取某些有机物中的氢、氧元素形成水分子，可使蔗糖、纤维素等物质脱水，这叫脱水性。
C12H22O1112C
+
11H2O
实验3、将一小片铜片放入试管中，然后加入2mL浓硫酸，加热，观察实验现象。
多媒体播放视频：铜与浓硫酸反应
实验现象：铜逐渐溶解，溶液变蓝，有无色刺激性气体生成，该气体可以使品红溶液褪色，加热退色溶液，溶液红色回复。
实验结论：铜与浓硫酸在加热条件发生反应，生成硫酸铜、二氧化硫和水，浓硫酸表现强氧化性。
板书：3、强氧化性
Cu
+
2H2SO4
CuSO4
+
SO2↑
+
2H2O
C
+
2H2SO4（浓）
CO2↑
+
2SO2↑
+2H2O
讲解:浓硫酸能与绝大多数金属发生反应，在加热时表现出更强的氧化性。在常温下，铁、铝等少数金属遇浓硫酸会发生钝化,铁、铝表面被浓硫酸氧化为致密的氧化膜，从而阻止了酸与内层金属的进一步反应，所以常温下可以用铁、铝制容器来盛装浓硫酸。浓硫酸还可以与一些非金属及某些化合物反应，浓硫酸在化学反应中常作氧化剂。
学以致用:指出下面两个反应的氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物
Cu
+
2H2SO4
CuSO4
+
SO2↑
+
2H2O
C
+
2H2SO4（浓）
CO2↑
+
2SO2↑
+2H2O
思考：
1、能用浓硫酸干燥的气体有哪些？
2、浓硫酸不能干燥哪些气体？
学生讨论回答：
1、O2、N2、CO、CO2、CH4
、
SO2、HCl、Cl2等
2、不能用来干燥：碱性气体（如氨气）；还原性气体（H2S、HI、HBr）。
讲解：浓硫酸在生产、生活和科学研究中有着重要的应用
。
板书：三、浓硫酸的用途
PPT展示：下列图示
(
硫酸
酸洗
炸药
蓄电池
化肥
农药
医药
试剂
干燥剂
)
知识拓展：常见的硫酸盐
PPT展示：硫酸钡、硫酸亚铁、芒硝、皓矾、明矾等
课堂小结：
硫酸制备
三原料
硫黄或含硫矿石(硫铁矿)
空气
98.3%的浓H2SO4
三阶段
造气(生成SO2)
接触氧化(生成SO3)
SO3吸收(生成H2SO4)
三设备
沸腾炉
接触室
吸收塔
三反应(均放热)
S＋O2SO2；
4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
2SO2＋O22SO3
SO3＋H2O===H2SO4
硫酸的性质
本节课重点学习了两个方面，一方面是硫酸的工业制备原理，一方面是浓硫酸的特性。在课堂中采用了观看教学视频、师生互动、学案教学的形式，学生掌握较好。观察实验现象，描述实验现象，培养了学生观察、分析、思考的能力实验探究能力，同时也提醒学生树立环保意识，培养学生的科学精神和社会责任。专题4
硫及环境保护
第1单元
含硫化合物的性质
第二节　
硫酸的工业制备
浓硫酸的性质
本节教材位于专题四第一单元《含硫化合物的性质》的第二课时，在学习本节内容前，学生已经学习了二氧化硫的知识，对本节内容的学习由一定帮助。同时本节内容的学习也为后面《含硫化合物之间的转化》的学习打下基础。因此，本节内容的学习起到了一个承上启下的作用。且本节课以实验探究为主线，主要介绍了硫酸的工业制备及浓硫酸的性质，将工业生产与化学学习联系起来，体现了“化学与生活息息相关”。
教学目标：1、掌握硫酸的工业制备原理及流程；
了解浓硫酸的物理性质；
掌握浓硫酸的特性；
核心素养：通过学习工业制硫酸的知识，将工业生产与化学学习联系起来，使学生建立环保意识，体会“化学与生活息息相关”。通过实验的学习，使学生在与他人的合作中体验探究的乐趣，培养人文精神。
掌握硫酸的工业制备原理及流程；
掌握浓硫酸的特性；
学生复习上节课已学的内容，并预习本课内容；教师准备本节需要的多媒体课件。
【引入】问题解决：一铁罐车运载浓硫酸发生事故。思考：
（1）铁罐车运载的浓硫酸来自于哪里？如何制备？
（2）铁可与硫酸反应，为何可将浓硫酸密闭在铁罐中？铁罐出口处腐蚀严重，这说明了浓硫酸具有什么性质？
（3）如何处理被泄露的硫酸呢？
【学生活动】阅读并回答：来源于工业生产
【投影】一、硫酸的工业制法——接触法
（一）SO
2
的制取——造气
1.原料：硫磺(S)或黄铁矿(FeS
2
)
2.反应原理：4FeS
2
+11O
2
==2Fe
2
O
3
+8SO
2或(
S
+
O
2
==
SO
2
)
3.设备：沸腾炉
【过渡】生成的二氧化硫经过除尘净化进入接触室，与氧气结合，在催化剂五氧化二钒的作用下反应生成三氧化硫。
【投影】（二）
SO
2
催化氧化生成SO
3
—接触氧化
反应原理：2SO
2
+O
2
===2SO
3
.设备：沸腾炉
【过渡】三氧化硫进入吸收塔，与水反应生成硫酸。
【投影】(三)
SO3的吸收和硫酸的生成
反应原理：SO3
+
H2O==H2SO4
(2)设备：吸收塔
【设疑】思考：吸收SO3时，为什么不用水吸收而是用98.3
%
的浓H2SO4吸收SO3
？
【学生活动】阅读并回答：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。
【讲解】工业接触法制硫酸小结：我们可以看出：硫元素先在沸腾炉中转化为二氧化硫，原料可以是硫铁矿或硫磺，接下来二氧化硫进入接触室，在催化剂的作用下，与氧气反应生成三氧化硫，最后三氧化硫进入吸收塔中，用98.3
%
的浓H2SO4吸收生成浓度更大的浓硫酸。
【设疑】阅读课本并思考：化工产业中为什么用硫铁矿制浓硫酸，而不用硫黄制酸法？化工生产中需要考虑那些实际问题？
【学生活动】阅读并回答：1、原料
2、环保和成本
3、制备流程等方面
【设疑】阅读课本并思考：浓硫酸与稀硫酸对比，性质上有哪些不同点？
【过渡】硫酸是强电解质还是弱电解质？
强电解质
H2SO4在水溶液中完全电离成H+和SO42-:
H2SO4==2H＋＋SO42-
所以稀硫酸具有酸的通性。
【练习】请你回忆初中学习过的稀硫酸的性质和应用，写出对应的化学方程式。
稀硫酸的性质：
1．可以使紫色石蕊试液变红
2．与碱反应：
3．与金属反应：
4．与金属氧化物：
5．与某些盐反应：
【投影】H2SO4+2NaOH=Na2SO4+H2O
H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl
H2SO4+CuO=CuSO4+H2O
H2SO4+Zn=ZnSO4+H2↑
【讲解】（二）浓硫酸的物理性质
无色黏稠的油状液体，主要以H2SO4分子形式存在，沸点高，难挥发，与水互溶，溶于水时放出大量热。密度为
1.84
g/cm3ρH2SO4
小于ρH2O
【设疑】思考：稀释浓硫酸应特别注意什么？
①将浓硫酸加入水中
；②
边加边搅拌
【实验1】向表面皿中加入少量胆矾，再加入约3ml的浓硫酸，搅拌，观察实验现象。
【学生活动】观看实验视频，并回答问题
现象：由蓝色晶体变为白色粉末
原因：CuSO4·5H2O在浓硫酸作用下变为
CuSO4
【讲解】说明浓硫酸具有吸水性，
可用作干燥剂
（三）浓硫酸的特性：浓硫酸中存在的主要是硫酸分子，因而浓硫酸具有一些独特的性质。
【设疑】思考：1、哪些气体可以用浓硫酸干燥？
H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、SO2、HCl、Cl2等与浓硫酸不反应的气体
2、哪些气体不可以用浓硫酸干燥？
碱性气体（NH3）、还原性气体（H2S、HI、HBr）
【实验2】蔗糖中加入浓硫酸，并把产生的气体通入品红溶液中，观察实验现象，并加以解释。
【学生活动】观看实验视频，并回答问题
现象：颜色
白—棕—黑，体积膨胀，呈海绵状，试管发热，品红褪色
【讲解】根据实验现象我们可以得出：蔗糖脱水炭化，有气体生成，浓硫酸吸水放热，二氧化硫生成。原因：
C12H22O11(蔗糖)
在浓硫酸作用下生成12C和11H2O
C
+
2H2SO4（浓）=CO2↑+2SO2
↑+2H2O
我们可以总结出：
浓硫酸具有脱水性
【讲解】无色气体，有刺激性气味，密度比空气大，易溶于水（1:40），有毒。
【过渡】吸水性和脱水性有何区别
？
吸水性是指浓硫酸吸收水、水蒸气或结晶水的性质。脱水性是指浓硫酸把有机物中的氢氧元素按原子个数比2:1脱去水的性质。吸水脱水性关键看：是否有“现成”的水
【实验3】向铜片中加浓硫酸，再加热，观察实验现象。
【学生活动】观看实验视频，并回答问题
现象：加热后,铜片溶解，有气泡生成，品红溶液褪色，产生蓝色溶液
【讲解】根据实验现象我们可以得出：Cu
+
2H2SO4
=
CuSO4
+
SO2↑
+
2H2O
【设疑】
1、指出以上反应氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。
2、每2molH2SO4反应，其中被还原的H2SO4有____mol。
（1）
3、浓硫酸的作用：（
体现酸性和氧化性）
4、C
+
2H2SO4（浓）=CO2↑+2SO2↑+2H2O
浓硫酸的作用：（只体现氧化性）
【小结】浓硫酸与金属反应
1.加热条件下，浓H2SO4能氧化大多数金属(除Au、Pt)，一般不产生H2；
2.常温，浓H2SO4使
Fe、Al钝化
；
3.浓H2SO4与金属反应,表现酸性和氧化性
【设疑】
思考：浓硫酸与蔗糖的反应表现了浓硫酸的什么作用？
吸水性、脱水性、氧化性
【课堂总结】浓硫酸的性质
【扩展】硫酸的用途
【课堂练习】
将下列现象中硫酸表现出来的性质写在空白处：
a
敞口放置浓硫酸时,质量增加,_________
b
把CuSO4?5H2O
晶体放入浓硫酸中,变白色,_________
c
浓硫酸能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后变黑_________
d
把木屑放入浓硫酸中,变黑,________
e
铜与浓硫酸反应
_________
本节课内容较多，学生接受起来比较
难。重点在于让学生掌握硫酸的性质。需要学生多对知识进行了解和记忆，并及时做练习进行巩固。

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