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考點18　硫酸的制備和性質(zhì) 知識條目 必考要求 加試要求 1.硫酸的工業(yè)生產(chǎn) a b 2.濃硫酸的特性(吸水性、脫水性和強氧化性) a b 3.幾種重要的硫酸鹽及其用途 a 一、硫酸的工業(yè)生產(chǎn) 工業(yè)上接觸法制硫酸的主要設(shè)備及生產(chǎn)流程如下圖： 包含三個步驟： 1．造氣階段：硫黃(或含硫礦石如FeS2)在沸騰爐中燃燒，化學方程式為4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2； 2．接觸氧化階段：SO2在接觸室內(nèi)被催化氧化：2SO2＋O22SO3； 3．吸收和生成階段：SO3在吸收塔被吸收：SO3＋H2O===H2SO4(用98.3%濃硫酸吸收)。 二、硫酸的性質(zhì) 1．物理性質(zhì)：無色油狀液體，沸點高，難揮發(fā)，極易溶于水；濃硫酸溶解時可放出大量的熱。 2．稀H2SO4的性質(zhì)：硫酸是強電解質(zhì)，在水溶液中發(fā)生電離的方程式為H2SO4===2H＋＋SO，具有酸的通性，能與金屬單質(zhì)、堿性氧化物、堿、鹽等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。 3．濃H2SO4的特性：濃H2SO4中主要是H2SO4分子，因而濃H2SO4具有一些特殊的性質(zhì)。 (1)吸水性：利用濃H2SO4的吸水性，其常用作干燥劑，但不能干燥堿性氣體和還原性氣體，如NH3、HI、H2S。 (2)脫水性：濃H2SO4能夠?qū)⒂袡C物里的氫、氧元素按原子個數(shù)2︰1的比例脫去，如濃硫酸使糖類、蛋白質(zhì)脫水炭化。 (3)強氧化性： ①常溫下，鐵、鋁遇濃H2SO4發(fā)生“鈍化”。原因：金屬表面形成了致密的氧化物保護層。所以常溫下可用鋁槽車裝運濃硫酸。 ②能氧化不活潑的金屬，如與Cu反應(yīng)的化學方程式為Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。 ③能氧化非金屬單質(zhì)，如與C反應(yīng)的化學方程式為C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。 三、濃硫酸與稀硫酸的性質(zhì)、應(yīng)用的比較 濃硫酸 稀硫酸 酸性 化學方程式 2NaCl＋H2SO4(濃)Na2SO4＋2HCl↑ Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑；H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O 應(yīng)用 制氯化氫等揮發(fā)性酸 除鐵銹、制硫酸銨等鹽類 氧化性 強弱 強氧化性(硫元素被還原，可以與不活潑金屬如Cu及非金屬如C等發(fā)生氧化還原反應(yīng)) 弱氧化性(氫元素被還原，只能與金屬活動性順序表中排在氫前面的金屬反應(yīng)) 化學方程式 Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ 應(yīng)用 精煉石油、制造炸藥等 實驗室制氫氣、制鹽等 吸水性 有無 有吸水性 無吸水性 應(yīng)用 干燥劑 － 脫水性 有無 有脫水性 無脫水性 化學方程式 C12H22O1112C＋11H2O － 應(yīng)用 在有機反應(yīng)中作脫水劑、制染料等 － 四、硫酸鹽和SO、SO的檢驗 1．重要的硫酸鹽及其用途 硫酸鹽 俗名 顏色 用途 2CaSO4H2O 熟石膏 白色 作磨光粉、紙張?zhí)畛湮?、氣體干燥劑等 CaSO42H2O 生石膏 白色 塑像、模型、粉筆、醫(yī)療繃帶等 FeSO47H2O 綠礬 淺綠色 生產(chǎn)鐵系列凈水劑、補血劑等 CuSO45H2O 膽礬、藍礬 藍色 配“波爾多液”、鍍銅液 BaSO4 重晶石 白色 白色顏料、醫(yī)療上作“鋇餐” KAl(SO4)212H2O 明礬 白色 凈水劑 2.SO、SO的檢驗 (1)SO的檢驗：檢驗SO時要防止其他離子的干擾。 ①Ag＋的干擾： 先用鹽酸酸化，能防止Ag＋的干擾，因為(離子方程式)Ag＋＋Cl－===AgCl↓。 ②CO、SO的干擾： 因為BaCO3、BaSO3也是白色沉淀，與BaSO4白色沉淀所不同的是這些沉淀能溶于強酸中。因此檢驗SO時，必須用酸酸化(不能用HNO3酸化)。例如：BaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ba2＋。 所用鋇鹽不能用Ba(NO3)2溶液，因為在酸性條件下，SO、HSO、SO2等會被溶液中的NO氧化為SO，從而得出錯誤的結(jié)論。 正確操作：被檢液，加足量鹽酸酸化，若無明顯現(xiàn)象，再滴加BaCl2溶液，若有白色沉淀，則含SO。 (2)SO的檢驗 向溶液中加入鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入品紅溶液中紅色褪去，加熱后又恢復紅色；或加入氯化鋇溶液生成白色沉淀，加入鹽酸，沉淀溶解并產(chǎn)生具有刺激性氣味的氣體。反應(yīng)的離子方程式：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，則下列關(guān)于該溶液所含離子的推斷中正確的是(　　) A．一定會有SO B．含有SO和Ag＋ C．可能含有SO、Ag＋、SO中的一種或兩種 D．可能含有SO或CO 【解析】　A項錯誤，不能排除Ag＋、SO的干擾；B項錯誤，因為溶液中SO與Ag＋反應(yīng)不能大量共存；C項正確，D項錯誤，由“加入稀硝酸，沉淀不溶解”可以判斷不可能含有CO。 【答案】　C 【提煉】　SO檢驗的易錯點 (1)只加可溶性鋇鹽，不酸化。誤將CO、PO、SO等干擾離子判斷成SO。因上述離子會產(chǎn)生BaCO3、Ba3(PO4)2、BaSO3白色沉淀。 (2)誤將Ag＋、Pb2＋判斷成SO。如向待測液中滴加BaCl2溶液，再加稀鹽酸有白色沉淀便斷定含SO。其錯誤是未注意溶液中不含SO，而含Ag＋或Pb2＋時也會產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象：Ag＋＋Cl－===AgCl↓(白色)，Pb2＋＋2Cl－===PbCl2↓(白色)。 (3)誤將SO判斷成SO。如向待測液中滴加用稀鹽酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀，便誤以為有SO。該錯誤是未注意NO具有強氧化性，在酸性環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)：Ba2＋＋SO===BaSO3↓(白色)，3BaSO3＋2H＋＋2NO===3BaSO4↓(白色)＋2NO↑＋H2O。 【例2】　關(guān)于濃硫酸的性質(zhì)和用途，下列說法正確的是(　　) A．用濃硫酸和蔗糖做“黑面包”實驗，體現(xiàn)了濃硫酸具有脫水性和強氧化性 B．濃硫酸有吸水性，因此可以用來干燥NH3、H2、CO2等氣體 C．銅與濃硫酸在加熱條件下可以反應(yīng)產(chǎn)生H2 D．常溫下，濃硫酸不能用鐵制容器盛放 【解析】　濃硫酸能將蔗糖中的H、O元素以H2O的形式脫出，有機物炭化，體現(xiàn)濃硫酸的脫水性，同時水和濃硫酸作用放熱，碳單質(zhì)與濃硫酸反應(yīng)生成CO2與SO2，體現(xiàn)濃硫酸的強氧化性，故A正確；濃硫酸不能干燥NH3，NH3為堿性氣體，會被濃硫酸吸收，B錯誤；銅與濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物為硫酸銅、SO2與水，體現(xiàn)濃硫酸的強氧化性與酸性，C錯誤；常溫下，濃硫酸能使鐵、鋁發(fā)生鈍化，因此常溫下可以用鐵、鋁制容器盛放濃硫酸，D錯誤。 【答案】　A 【提煉】　濃硫酸具有吸水性、脫水性和強氧化性等特性，也具有酸性，同時還能作為某些反應(yīng)的催化劑，應(yīng)正確區(qū)分濃硫酸在不同反應(yīng)或操作中的作用。吸水性和脫水性的區(qū)別在于原來的物質(zhì)中是否含有水分子，將水分子從原來的物質(zhì)中脫除，體現(xiàn)吸水性；從原來沒有水的物質(zhì)中將H、O元素按水分子的比例脫出的過程體現(xiàn)脫水性；有SO2作為還原產(chǎn)物體現(xiàn)濃硫酸的強氧化性，有硫酸鹽生成體現(xiàn)濃硫酸的酸性。 【例3】　下列關(guān)于含硫化合物的敘述不正確的是(　　) A．SO2能與CaO反應(yīng)，可用生石灰作工業(yè)廢氣的脫硫劑 B．SO2能使碘的淀粉溶液由藍色變?yōu)闊o色，體現(xiàn)出漂白性 C．濃硫酸和Na2SO3反應(yīng)制取SO2時，濃硫酸只表現(xiàn)酸性 D．醫(yī)療上曾用硫酸鋇作X射線透視腸胃的內(nèi)服藥劑 【解析】　二氧化硫為酸性氧化物，與堿性氧化物CaO反應(yīng)生成鹽，減少二氧化硫排入空氣的量，故可用生石灰(CaO)作為工業(yè)廢氣的脫硫劑，A正確；二氧化硫與I2的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，將I2還原為I－，體現(xiàn)二氧化硫的還原性而非漂白性，B錯誤；濃硫酸與Na2SO3反應(yīng)制取SO2，強酸制備弱酸，體現(xiàn)了濃硫酸的酸性，C正確；醫(yī)療上用硫酸鋇作X射線透視檢查的內(nèi)服藥劑，因為硫酸鋇難溶于水、難溶于常見的酸，對人體無毒，D正確。 【答案】　B 【提煉】　SO2可以使多種有色溶液褪色，如溴水、碘水、酸性高錳酸鉀以及滴有酚酞的NaOH和品紅等，但是使有色溶液褪色不一定體現(xiàn)漂白性，要根據(jù)具體反應(yīng)原理確定，使溴水、碘水和酸性高錳酸鉀褪色體現(xiàn)還原性，使滴有酚酞的NaOH溶液褪色體現(xiàn)酸性氧化物性質(zhì)，只有使品紅褪色才是體現(xiàn)漂白性，結(jié)合形成不穩(wěn)定的無色物質(zhì)。此外，對于常見硫酸鹽的性質(zhì)與用途應(yīng)有所了解，如石膏(CaSO42H2O)、綠礬(FeSO47H2O)、膽礬(CuSO45H2O)和重晶石(BaSO4)等。 【例4】　在燒瓶放20g蔗糖，依次加入少量水、20mL濃硫酸，蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的黑面包，燒瓶發(fā)燙，品紅溶液顏色變淡。請回答： (1)儀器a的名稱為________________。 (2)小試管盛裝試劑為________________。 (3)下列說法不正確的是____________。 A．蔗糖變黑說明發(fā)生C12H22O11―→12C＋11H2O B．品紅顏色變淡說明SO2有漂白性 C．上述實驗體現(xiàn)濃硫酸的脫水性、吸水性和氧化性 D．將氣體依次通過飽和碳酸氫鈉溶液、澄清石灰水，石灰水變渾濁證明含有CO2 【解析】　在燒瓶放20g蔗糖，依次加入少量水、20mL濃硫酸，蔗糖逐漸變黑，濃硫酸具有脫水性，體積膨脹，形成疏松多孔的黑面包，是碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫，燒瓶發(fā)燙反應(yīng)放熱，品紅溶液顏色變淡，說明生成的二氧化硫具有漂白性。(1)儀器a是添加溶液、控制液體流速和體積的儀器，為分液漏斗。(2)生成的二氧化硫是污染性氣體，不能排放到空氣中，需要通過氫氧化鈉溶液或氨水溶液吸收。(3)蔗糖的分子式為C12H22O11，濃硫酸具有脫水性，氫和氧按2∶1脫去剩余炭單質(zhì)，C12H22O11―→12C＋11H2O，故A正確；二氧化硫具有漂白性，可以使品紅溶液褪色，品紅顏色變淡說明SO2有漂白性，B正確；蔗糖逐漸變黑體現(xiàn)了濃硫酸的脫水性，體積膨脹，形成疏松多孔的黑面包，說明炭單質(zhì)和濃硫酸加熱發(fā)生氧化還原反應(yīng)，體現(xiàn)濃硫酸的強氧化性、吸水性，C正確；將氣體依次通過飽和碳酸氫鈉溶液、澄清石灰水，因為二氧化硫會與飽和碳酸氫鈉反應(yīng)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變渾濁，因此無法判斷原氣體中是否含有CO2，也無法確定是否是CO2使澄清石灰水變渾濁，故D錯誤。 【答案】　(1)分液漏斗　(2)NaOH或氨水　(3)D 【提煉】　本題考查了濃硫酸的特性與SO2的性質(zhì)，在解題中一定要注意二氧化硫與二氧化碳性質(zhì)的異同。二氧化硫和二氧化碳都屬于酸性氧化物，有一些相似的性質(zhì)(酸性氧化物的通性)，如與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸，與堿反應(yīng)生成鹽和水，而亞硫酸鹽的溶解性與碳酸鹽也很類似，所以都能使澄清石灰水變渾濁；兩者化學性質(zhì)最大的差異是二氧化硫具有較強還原性，二氧化碳中碳元素已經(jīng)處于最高價態(tài)，無還原性，此外二氧化硫與水反應(yīng)得到的亞硫酸酸性比碳酸強，因此二氧化硫通入碳酸氫鈉溶液中能夠生成二氧化碳。 【例5】　某實驗小組同學為了探究銅與濃硫酸的反應(yīng)，進行了如下實驗，實驗裝置如圖所示。 實驗步驟： ①先連接如圖所示的裝置，檢查好氣密性，再加入試劑； ②加熱A試管，待B試管中品紅溶液褪色后，熄滅酒精燈； ③將Cu絲向上抽動離開液面。 請回答下列問題： (1)A試管中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為________________________________________________________________________。 (2)能夠證明銅與濃硫酸反應(yīng)生成氣體的實驗現(xiàn)象是________________________________________________________________________。 (3)在盛有BaCl2溶液的C試管中，除了導管口有氣泡外，無其他明顯現(xiàn)象，若將其中的溶液分成兩份，分別滴加下列溶液，將產(chǎn)生沉淀的化學式填入表中對應(yīng)的位置。 滴加的溶液 氯水 氨水 沉淀的化學式 寫出其中SO2表現(xiàn)還原性的離子反應(yīng)方程式：________________________________________________________________________。 (4)實驗完畢后，先熄滅酒精燈，由于導管E的存在，試管B中的液體不會倒吸入試管A中，其原因是__________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)實驗完畢后，裝置中殘留的氣體有毒，不能打開導管上的膠塞。為了防止該氣體排入空氣中污染環(huán)境，拆除裝置前，應(yīng)當采取的操作是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)將SO2氣體通入含有nmolNa2S的溶液中，充分反應(yīng)后，溶液中出現(xiàn)黃色渾濁，試分析該溶液最多能吸收SO2氣體________mol(不考慮溶解的SO2)。 【解析】　(1)A試管中發(fā)生的是Cu與濃硫酸生成SO2的反應(yīng)：Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(2)利用SO2能使品紅溶液褪色的性質(zhì)來證明Cu與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生了SO2氣體。(3)氯水中的Cl2具有氧化性，能將SO2氧化為SO，SO與Ba2＋反應(yīng)生成BaSO4沉淀；氨水具有堿性，吸收SO2生成SO，SO與Ba2＋反應(yīng)生成BaSO3沉淀。(4)導管E與大氣相通，能使裝置內(nèi)的壓強恒定，防止出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象。(5)殘留的有毒氣體為SO2，只要利用空氣將SO2緩慢趕入NaOH溶液中，使SO2被完全吸收即可。(6)SO2與Na2S反應(yīng)，首先是SO2與H2O反應(yīng)生成H2SO3：SO2＋H2OH2SO3，H2SO3與Na2S反應(yīng)生成H2S：Na2S＋H2SO3===H2S↑＋Na2SO3，SO2與H2S反應(yīng)生成S：2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O，該過程可表示為3SO2＋2Na2S===3S↓＋2Na2SO3，nmolNa2S吸收1.5nmolSO2，同時生成nmolNa2SO3，Na2SO3吸收SO2生成NaHSO3：Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3，該步反應(yīng)又可吸收nmolSO2，故最多能吸收2.5nmolSO2。 【答案】　(1)Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O (2)B試管中品紅溶液褪色 (3)BaSO4　BaSO3　SO2＋Cl2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Cl－(或Ba2＋＋SO2＋Cl2＋2H2O===BaSO4↓＋4H＋＋2Cl－) (4)當A試管內(nèi)氣體壓強減小時，空氣從E導管進入A試管中，維持A試管中壓強平衡 (5)從E導管口向A試管中緩慢地鼓入足量的空氣，將殘留的SO2氣體趕入NaOH溶液中，使之被完全吸收 (6)2.5n 【提煉】　本題考查了濃硫酸與銅的反應(yīng)及SO2的性質(zhì)。二氧化硫中硫元素已經(jīng)處于中間價態(tài)，既具有還原性也具有氧化性，當遇到具有較強氧化性的物質(zhì)如氯水時，SO2表現(xiàn)出還原性，被氧化。當遇到具有較強還原性的物質(zhì)如Na2S時，SO2表現(xiàn)出氧化性，被還原。