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第二节硫酸硫酸工业………三年5考高考指数:★★★1.掌握硫酸的化学性质2.了解常见硫酸盐的性质和用途3.以硫酸为例，了解化工生产中化学反应原理的确定4.初步了解原料与能源的合理利用，“三废处理”与环境保护以及生产过程中的综合经济效益问题一、硫酸1.物理性质浓硫酸是一种无色油状液体、沸点高、难挥发，与水混溶，溶于水时放出_________。稀释浓硫酸的方法是：____________________________________________________。大量的热将浓硫酸沿器壁(或玻璃棒)注入水中，并用玻璃棒不断搅拌2.化学性质——“一通三特”(1)稀硫酸的通性。①硫酸是二元强酸，其电离方程式为____________________。②Fe与稀硫酸反应的离子方程式：_________________。③Na2CO3与足量稀硫酸反应的离子方程式：_____________________。H2SO4====2H++SO42-Fe+2H+====Fe2++H2↑CO32-+2H+====H2O+CO2↑(2)浓硫酸的三大特性。碱性气体和还原性Cu+2H2SO4(浓）CuSO4+SO2↑+2H2O△====C+2H2SO4(浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O△====碱性气体和还原性二、常见的硫酸盐及其用途硫酸盐结晶水合物结晶水合物的俗名主要用途CaSO4CaSO4·2H2O石膏制粉笔、模型、塑像等2CaSO4·H2O熟石膏Na2SO4_____________芒硝制玻璃、造纸工业BaSO4无__________医疗上用作“钡餐”Na2SO4·10H2O重晶石硫酸盐结晶水合物结晶水合物的俗名主要用途FeSO4FeSO4·7H2O______补血剂、制蓝黑墨水CuSO4________________________制农药、镀铜液KAl(SO4)2KAl(SO4)2·12H2O_____净水剂绿矾CuSO4·5H2O明矾蓝矾或胆矾三、硫酸工业1.硫酸工业的生产过程——五个“三”SO3+H2O====H2SO44FeS2+11O22FeO3+8SO2高温====2SO2+O22SO3△催化剂2.硫酸工业的废物综合利用(1)尾气处理：(氨吸收法)。反应方程式为：____________________________，_____________________________________，生成的(NH4)2SO4作化肥，SO2气体返回车间作原料。(2)污水处理(石灰乳中和法)。化学方程式为：______________________________。(3)废渣的利用：制水泥、制砖，含铁品位高的矿渣可作炼铁原料。SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2SO4====(NH4)2SO4+H2O+SO2↑Ca(OH)2+H2SO4====CaSO4+2H2O1.浓硫酸是一种干燥剂，常用于干燥H2S、氢气等气体。()【分析】浓硫酸有强氧化性，能氧化H2S，不能用浓硫酸干燥H2S等还原性气体。2.常温下，浓硫酸能使铁、铝发生钝化，钝化就是不发生反应。()【分析】“钝化”是浓硫酸强氧化性的表现，钝化并不是不能发生反应。××3.某溶液加入BaCl2溶液后，产生不溶于硝酸的白色沉淀，则该溶液中一定含有SO42-。()【分析】若溶液中含有Ag+而不含SO42-，同样会产生上述实验现象。4.硫酸工业中二氧化硫的催化氧化不采用高压是因为压强对SO2的转化率无影响。()【分析】增大压强，也能增大SO2的转化率，但常压下SO2的转化率已经很高，再增大压强，即增大了设备的承受能力和动力要求，但转化率提高不大，得不偿失，没有必要。××5.浓硫酸具有强氧化性，SO2具有强还原性，二者能发生氧化还原反应。()【分析】浓硫酸中S为+6价，SO2中S为+4价，二者无中间价态。故浓硫酸与SO2不发生反应。×浓硫酸的三大特性浓硫酸的特性化学事实反应原理吸水性脱水性强氧化性干燥Cl2、CO、SO2等气体使蔗糖脱水碳化制取乙烯C12H22O1112C+11H2OCH3CH2OHCH2＝CH2↑+H2O常温下,使Fe、Al钝化金属表面生成一层致密的氧化膜,阻止酸与金属继续反应能溶解不活泼金属(如Cu)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O与非金属(如C)反应能氧化还原性物质(如:H2S、HI等)H2S+H2SO4(浓)====S↓+SO2↑+2H2OC+2H2SO4(浓)====CO2↑+2SO2↑+2H2O【高考警示钟】(1)常温下，铁、铝遇浓硫酸发生“钝化”，但不能错误地认为“钝化”就是不反应。(2)稀硫酸跟金属活动性顺序中氢前面的金属反应放出H2，跟氢后面的金属不反应，而浓硫酸与金属反应时产生SO2而不是H2。(3)足量铜与浓硫酸发生反应时，随硫酸浓度的减。珻u与稀硫酸不反应，因此不能用H2SO4的量进行相关计算。(4)活泼金属(如Zn)，与浓硫酸反应开始产生SO2，后随硫酸浓度的减。琙n与稀硫酸反应又会产生H2，故不能只按生成SO2来进行分析。【典例1】(2011·上海高考)浓硫酸有许多重要的性质，在与含有水分的蔗糖作用过程中不能显示的性质是()A.酸性 B.脱水性 C.强氧化性 D.吸水性【解题指南】解答本题要注意以下两点：(1)浓硫酸具有脱水性，能将有机物“碳化”。(2)C与浓硫酸反应时会产生大量的气体。【解析】选A。浓硫酸与含有水分的蔗糖作用过程中，浓硫酸先表现出吸水性。放出的热量促进浓硫酸把蔗糖脱水碳化，表现出脱水性，生成的碳又被浓硫酸氧化生成CO2、SO2等气体。使体积迅速膨胀，可见没有表现出酸性。【变式备选】下列关于浓硫酸与稀硫酸的说法，不正确的是()A.浓硫酸有脱水性，稀硫酸没有脱水性B.浓硫酸有氧化性，稀硫酸没有氧化性C.浓硫酸和稀硫酸都有酸性D.常温下，浓硫酸和稀硫酸都不能与铜反应【解析】选B。浓硫酸有氧化性，稀硫酸也有氧化性，只不过浓硫酸的氧化性是+6价的S体现出来的，而稀硫酸的氧化性是+1价的H体现出来的，B错。SO42-和SO32-的检验1.SO42-的检验(1)原理：Ba2++SO42-====BaSO4↓。(2)试剂:BaCl2溶液，稀盐酸。(3)操作：取少量待测液于一洁净试管中，加入足量稀盐酸无现象，再滴加BaCl2溶液，若产生白色沉淀，则证明含有SO42-。2.SO32-的检验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。发生的反应为：SO32-+Ba2+====BaSO3↓，BaSO3+2H+====Ba2++SO2↑+H2O。【高考警示钟】(1)待测液用盐酸酸化的目的是排除Ag+和CO32-、SO32-等造成的干扰。(2)“酸化”要用盐酸而不能用HNO3和H2SO4，原因是HNO3具有强氧化性，能将SO32-、HSO3-氧化成SO42-而得出错误的结论。(3)所用钡盐应用BaCl2而不用Ba(NO3)2，原因是在酸性条件下NO3-能将SO32-、HSO3-氧化成SO42-。【典例2】甲、乙、丙三位同学分别设计了一个实验，结果各自都认为自己的试样中含有SO42-。甲的实验方案为：(1)乙认为甲的实验不严谨，因为试样A中若含有_______(仅填一种)，也会有此现象。乙的实验方案为：(2)丙认为乙的实验也不严谨，因为试样B中若含有________(仅填一种)，也会有此现象。丙的实验方案为：若丙方案合理，请回答：(3)其中试剂Ⅰ是____________，现象Ⅰ是________，试剂Ⅱ是_________，现象Ⅱ是______。(若你认为丙方案不合理，以上四空可不填)【解题指南】解答本题要明确以下两点：(1)Cl-与Ag+作用生成的AgCl白色沉淀也不溶于强酸(HCl或HNO3)。(2)H+、NO3-具有强氧化性，能将SO32-氧化成SO42-。【解析】甲的实验方案不能证明SO42-的存在，若溶液中含有Ag+也会有此现象。乙的实验方案不能排除SO32-的干扰，若有SO32-，也会产生上述现象。丙的实验中，可先加盐酸，排除Ag+的干扰，还可排除SO32-的干扰，然后再加BaCl2，若有白色沉淀生成，说明溶液中有SO42-存在。答案：(1)Ag+ (2)SO32- (3)盐酸无沉淀生成BaCl2溶液生成白色沉淀【互动探究】在丙的实验方案中，若试剂Ⅰ为稀盐酸，现象Ⅰ为生成无色有刺激性气味的气体，试剂Ⅱ为Ba(NO3)2溶液，现象Ⅱ为产生白色沉淀，则试样C中含有的阴离子是什么？提示：加入稀盐酸，产生无色有刺激性气味的气体，说明溶液中含有SO32-或HSO3-。再加入Ba(NO3)2溶液，产生白色沉淀，说明是BaSO4沉淀，有两种情况：一是试剂Ⅰ盐酸过量，排除了SO32-或HSO3-，原溶液中含有SO42-；二是试剂Ⅰ盐酸不足，溶液中剩余HSO3-，加入Ba(NO3)2溶液后，HSO3-被氧化为SO42-，则无法判断原溶液中是否含有SO42-、SO32-

(或HSO3-)。【变式备选】下列过程中，最终的白色沉淀不一定是硫酸钡的是()A.Fe(NO3)2溶液白色沉淀B.Ba(NO3)2溶液白色沉淀C.无色溶液白色沉淀D.无色溶液无沉淀白色沉淀【解析】选C。加入稀硝酸、BaCl2溶液，生成的白色沉淀可能是AgCl。+过量盐酸通入SO2+BaCl2溶液+过量盐酸+Na2SO3溶液稀硝酸+BaCl2溶液+过量盐酸+BaCl2硫酸工业1.应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择适宜条件二氧化硫接触氧化的适宜条件是：常压、较高温度(400～500℃)和催化剂(1)温度。二氧化硫接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判断，温度较低对反应有利。但是，温度较低时，反应速率低，考虑催化剂在400～500℃活性最大，在实际生产中，选定400～500℃作为操作温度，这时反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想。(2)压强。二氧化硫接触氧化是一个气体总体积缩小的可逆反应，根据化学平衡理论判断，加压对反应有利。但是，在常压、400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，加压必须增加设备、增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作，并不加压。(3)催化剂。适当的催化剂能够极大地加快反应速率。2.工业生产过程中物质纯度、转化率、产率的计算(1)物质纯度(%)=×100%。(2)转化率(%)=×100%。(3)产率(%)=×100%。【高考警示钟】(1)煅烧黄铁矿发生的反应中，被氧化的元素是Fe和S。(2)吸收塔内吸收SO3的是98.3%的浓硫酸而不是H2O，原因是用水吸收时易形成酸雾，影响吸收效果。(3)进入接触室的原料气必须通过干燥、净化、除尘操作，以防腐蚀设备和催化剂中毒。【典例3】为了模拟工业生产硫酸的流程，某小组同学设计了如图装置(甲装置左侧的装置略)：(1)工业生产中，从沸腾炉出来的气体，在进行催化氧化之前必须先净化的原因是_________________________________________________________________________________。(2)在工业生产中，与装置甲作用相同的设备名称是_____，与装置乙作用相同的设备名称是______________。(3)反应中通入的V(SO2)∶V(O2)=1∶2，其目的是__________________，若选择更高效的催化剂和升高反应温度_____达到该目的(填“能”或“不能”)。(4)实验时先关闭K1，打开K2，过一会儿再打开K1、关闭K2，在装置乙和丙中产生白雾的是___________________。(5)已知液体X既不易溶解硫的氧化物，也不易溶解氧气，则装置丁的作用是_____________________________________________________________________________________。(6)本套装置中有一处明显的缺陷，请指出______________________________________________________________________________________________________________________。【解题指南】解答本题要注意以下三点：(1)SO2催化氧化成SO3的反应特点，如可逆反应，正反应为气体物质的量减小的反应等。(2)外界条件对化学反应速率和化学平衡移动的影响。(3)SO2有毒，对环境造成污染，以及SO2尾气的处理措施。【解析】(1)从沸腾炉出来的气体除含有N2、SO2、O2外还含有砷、硒化合物和水蒸气。若不除去，会使催化剂中毒、水蒸气会腐蚀设备，故必须先除去这些杂质。(2)工业生产中，SO2的氧化在接触室中进行，SO3的吸收在吸收塔中进行。(3)通入过量的O2，可提高SO2的转化率。催化剂只能改变反应速率，不能改变化学平衡状态，不影响转化率；该反应是一个放热反应，升高温度会降低SO2的转化率。(4)先关闭K1，打开K2，生成的SO3与丙中的H2O形成酸雾。(5)因为液体X既不易溶解硫的氧化物，也不易溶解O2，则可使前面装置中保持一定的压强，避免乙、丙装置内的液体倒吸。(6)缺少尾气吸收装置。答案：(1)混合气中含有砷、硒化合物，能够使催化剂中毒，有水蒸气，能够腐蚀设备，必须除去(2)接触室吸收塔(3)通入适当过量的O2可以提高SO2的转化率不能(4)丙(5)使装置内的压强维持在一定范围，防止乙、丙装置内的液体倒吸(6)缺少尾气处理装置【技巧点拨】硫酸工业生产中的原理(1)化学平衡原理。增大反应物浓度能提高反应速率并使化学平衡向正反应方向移动，以充分提高原料利用率。(2)热交换原理。在接触室中生成的热量经过热交换器，传递给进入接触室的需要预热的混合气体，为二氧化硫的接触氧化和三氧化硫的吸收创造了有利条件。(3)逆流原理。液体由上向下流，气体由下向上升，两者在逆流过程中充分反应。【变式备选】在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见图)。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为()A.SO2

B.SO3、O2C.SO2、O2

D.SO2、SO3【解析】选C。对教材中工业生产中典型设备的结构(包括进出口方向)、原理及发生的反应必须有足够的重视。通入接触室的气体主要是SO2和O2，经过热交换后从A处流出，然后才能接触催化剂，反应后的气体经过内管又从下口流出。故A处流出的气体仍为SO2和O2。【答题要领3】——试剂的作用的答题要素【典例】［2011·海南高考·T17(2)］硫酸亚铁铵［(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O］为浅绿色晶体，实验室中常以废铁屑为原料来制备，其步骤如下：步骤1：将废铁屑放入碳酸钠溶液中煮沸除油污，分离出液体，用水洗净铁屑。步骤2：向处理过的铁屑中加入过量的3mol·L-1H2SO4溶液，在60℃左右使其反应到不再产生气体，趁热过滤，得FeSO4溶液。步骤3：向所得FeSO4溶液中加入饱和(NH4)2SO4溶液，经过“一系列操作”后得到硫酸亚铁铵晶体。请回答下列问题：在步骤2中所加的硫酸必须过量，其原因是___________________________________________________________________。【抽样分析】考生甲考生乙抽样试卷使铁完全溶解，并使废铁屑中的铁锈也完全反应防止Fe2+水解生成Fe(OH)2沉淀分析点评对“过量硫酸”的主要作用没有完全认识，目的不明确用词不准确，“抑制”不等同于“防止”；答案不完整，沉淀也可能是Fe(OH)3【规范答案】抑制Fe2+的水解，防止生成Fe(OH)2或Fe(OH)3沉淀**答题要领**解答要素：(1)试剂的作用是什么？(2)要达到的目的是什么？得分点及关键词：(1)作用类：“除去”、“防止”、“抑制”、“使……”等，回答要准确。(2)作用-目的类：作用+目的。“作用”是“……”，“目的”是“……”。回答要准确全面。(2010·全国卷Ⅰ·T29)请设计CO2在高温下与木炭反应生成CO的实验。(1)在下面方框中，A表示有长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器，请在A后完成该反应的实验装置示意图(夹持装置,连接胶管及尾气处理部分不必画出，需要加热的仪器下方用△标出)，按气流方向在每件仪器下方标出字母B、C……；其他可选用的仪器(数量不限)简易表示如下：(2)根据方框中的装置图，在答题卡上填写下表仪器标号仪器中所加物质作用A石灰石、稀盐酸石灰石与盐酸作用产生CO2答案：(1)(2)仪器标号仪器中所加物质作用B饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中的HCl气体C浓硫酸除去CO2中的水蒸气D干燥木炭粉与CO2反应产生COE澄清石灰水吸收未反应的CO21.下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是()A.CO2、N2、CH4等均是造成温室效应的气体B.使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一C.节能减排符合低碳经济的要求D.合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)有助于缓解能源紧缺【解析】选A。N2不是造成温室效应的气体，A错误；使用天然气、乙醇、H2等清洁能源可避免SO2的排放，B正确；低碳经济的主要措施就是节能减排，C正确；可燃冰的开发利用可缓解目前的能源紧张状况，D正确。2.下列关于浓硫酸的叙述正确的是()A．浓硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖碳化B．浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体C．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体D．浓硫酸在常温下能够使铁、铝等金属钝化【解析】。。浓硫酸表现吸水性的前提是物质中含有水分子，利用此性质可干燥除氨气、还原性气体外的气体；而表现脱水性时，一般物质中无水分子，但含氢、氧两元素，H、O原子按个数比2∶1的比例脱出，故A、C皆不正确；浓硫酸具有强氧化性，在加热时可与金属和非金属反应，但在常温下不与Cu反应却能使铁、铝等钝化，故B不正确，D正确。3.下列物质的检验，其结论一定正确的是()A.某溶液中加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，加入稀硝酸后，白色沉淀不溶解，也无其他现象，说明该溶液中一定含有SO42-B.某溶液中加盐酸产生无色气体，该气体能使澄清石灰水变浑浊，说明该溶液中一定有SO32-C.取少量久置的Na2SO3样品于试管中加水溶解，再加盐酸酸化，然后加BaCl2溶液，若加盐酸时有气体产生，加BaCl2时有白色沉淀产生，说明Na2SO3样品已部分被氧化D.能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝的一定是Cl2【解析】选C。A选项中，加入稀硝酸后，若有SO32-与Ba2+生成的BaSO3沉淀，也会被稀硝酸氧化变为BaSO4沉淀而不溶解。B选项中加入盐酸，CO32-、SO32-、HCO3-、HSO3-都可能生成无色气体，并使澄清石灰水变浑浊。C选项中，加盐酸后，SO32-会与H+反应生成气体，若再加BaCl2，溶液中已无SO32-，所以再生成沉淀，就是SO42-与Ba2+生成的沉淀。D选项中除Cl2外，Br2等也可使湿润的KI-淀粉试纸变蓝。4.(2012·梧州模拟)下列固体混合物与过量的稀硫酸反应，能产生气泡并有沉淀生成的是()A.NaHCO3和Al(OH)3B.BaCl2和NaClC.KClO3和K2SO4D.Na2SO3和BaCO3【解析】选D。A项，NaHCO3与稀硫酸反应生成二氧化碳气体，Al(OH)3与稀硫酸反应生成硫酸铝和水，没有沉淀生成，A项错误；B项，氯化钡与稀硫酸反应生成硫酸钡沉淀，没有气泡产生，B项错误；C项，KClO3和K2SO4的混合物中加入稀硫酸不发生反应，C项错误；D项，Na2SO3与稀硫酸反应生成SO2气体，BaCO3与稀硫酸反应生成CO2气体和硫酸钡沉淀，D项正确。5.向氧化铜和铁粉的混合物中加入一定量的稀硫酸，微热，充分反应后过滤，再向滤液中插入锌片，有气泡产生。则以下判断正确的是()A.滤液中一定含有硫酸亚铁B.滤液中一定含有硫酸铜C.不溶物中可能含有氧化铜D.不溶物中可能含有铁【解析】选A。向滤液中插入锌片，有气泡产生，说明滤液中有硫酸，所以铁和CuO肯定完全溶解，溶液中肯定有FeSO4，不一定含有CuSO4。6.某研究小组成员在讨论鉴别浓硫酸和稀硫酸的方案时，设计如下方案：操作结论甲分别用火柴梗实验变黑者为浓硫酸乙分别加入金属铝片产生刺激性气味者为浓硫酸丙分别加入到盛水的试管中放热者为浓硫酸丁分别用玻璃棒蘸浓氨水靠近盛酸的瓶口冒白烟者为浓硫酸戊分别加到CuSO4·5H2O晶体中晶体变白者为浓硫酸(1)其中可行的是________________________________。(2)其中一个稍作改进就可行的是_________________，改进方法是_______________________。(3)完全错误的是________，因为______________________。(4)请给出另外一种鉴别方法:_____________________________________________________________________________。【解析】常温下，铝遇浓硫酸发生钝化而生成一层致密的氧化物薄膜，在加热的条件下才能产生具有刺激性气味的二氧化硫气体，故乙应加热；浓硫酸和浓盐酸、浓硝酸不同之一是浓硫酸为高沸点酸，没有挥发性，故丁错。量取相同体积的酸，质量大者为浓硫酸(其他可行方案均可)。答案：(1)甲、丙、戊(2)乙加热(3)丁浓硫酸是高沸点酸，没有挥发性(4)量取相同体积的酸，质量大者为浓硫酸(答案合理即可)