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1、第三节 硫酸及硫酸工业,复习目标展示 1.掌握硫酸尤其是浓硫酸的性质、用途。 2以硫酸工业为例,了解化工生产中化学反应原理的确 定,化工生产流程。 3了解硫酸盐的性质及用途。,知识点1 硫酸及其盐,问题1:硫酸有哪些重要性质和用途?有哪些常见的硫酸盐? 1.浓硫酸的性质 (1)物理性质 H2SO4是具有不挥发性、高沸点的二元强酸。纯净的硫 酸为 、 状液体,密度比水 (98%的浓H2SO4,密 度为1.84 gcm3),能以任意比例溶于水,溶解过 程中伴随着放热现象。物理特性浓硫酸具有强的 。 (2)化学性质 酸性(及不挥发性) H2SO4NaCl . H2SO4(浓)NaNO3 NaHSO4
2、HNO3,无色,大,吸水性,NaHSO4HCl,油,强酸性 Ca3(PO4)23H2SO4(浓) . 脱水性 指浓H2SO4将有机物里的氢、氧元素按原子个数比21的比例脱去的 性质。如: C12H22O11 C2H5OH (催化剂) 强氧化性 冷的浓H2SO4,遇铁、铝等金属产生 作用。但热的浓硫酸氧化性 较强,可将许多金属、非金属及一些还原性化合物氧化。如: Cu2H2SO4(浓) 。 C2H2SO4(浓) 。 2HIH2SO4(浓) 。 在这些氧化还原反应中,硫酸的还原产物一般为SO2。,2H3PO43CaSO4,12C11H2O,H2OCH2 CH2,钝化,2H2OSO2CuSO4,CO
3、22SO22H2O,I2SO22H2O,2硫酸盐,CaSO42H2O,熟石膏,重晶石,绿矾,明矾,胆矾,皓矾,思维延伸,知识点2 硫酸工业,问题2:硫酸工业中的五个“三”的含义是什么? 3硫酸的工业生产过程,4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气体输回车间作原料。 (2)污水处理(石灰乳中和法) Ca(OH)2H2SO4 CaSO42H2O。 (3)废渣的利用:制水泥、制砖,含铁品位高的矿渣可作 原料。 (4)能量的再利用:充分利用反应热,降低生产成本。,SO22NH3H2O (NH4)2SO3,(NH4)2SO3
4、H2SO4 (NH4)2SO4SO2H2O,炼铁,思维延伸 多步反应的解题技巧和产率问题 (1)涉及多步反应的工业计算题常采用关系式法, 如:FeS22H2SO4;SH2SO4。 (2)有关公式:原料利用率(或转化率) 化合物中元素的损失率该化合物的损失率 产品产率 物质纯度,考点1 浓稀硫酸的比较及SO 的检验,1浓硫酸、稀硫酸的比较,要点深化,检验溶液中是否含SO 时的误区 (1)只加可溶性钡盐,不酸化。 (2)误将Ag、Pb2判断成SO 。 (3)误将SO 判断成SO 。 如向待测液中滴加用盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色 沉淀,便误以为有SO 。,例1 (2008上海)研究发现,
5、空气中少量的NO2能参与硫酸型酸雨的 形成,反应过程如下: SO2NO2SO3NO SO3H2OH2SO4 2NOO22NO2 NO2在上述过程中的作用,与H2SO4在下述变化中的作用相似的是 ( ) A潮湿的氯气通过盛有浓H2SO4的洗气瓶 B硫化氢通入浓H2SO4中 C浓H2SO4滴入萤石中,加热 D加入少量H2SO4使乙酸乙酯水解 解析:分析NO2在参与硫酸型的酸雨的形成过程中作催化剂。A项 中浓硫酸作干燥剂;B项中浓硫酸作氧化剂;C项中浓硫酸制 HF,利用了它的酸性和高沸点难挥发性;D项中稀硫酸作酯水解 的催化剂。 答案:D,方法总结:硫酸在化学实验中的作用 (1)利用酸性、难挥发性制
6、备气体,如H2、SO2、 HCl、HF、HNO3等。 (2)利用脱水性制备气体,如CO、CH2CH2。 (3)利用吸水性、催化性制备硝基苯、乙酸乙酯等。 (4)利用吸水性干燥气体。 (5)利用酸性除金属表面的氧化物。 (6)实验室用浸有稀硫酸的棉花团吸收尾气(NH3)。,变式练习,1. (2010改编题)浓硫酸和 2 molL1的稀硫酸,在实 验室中敞口放置。它们的质 量和放置天数的关系如右 图。分析a、b曲线变化的原 因是 ( ),Aa升华、b冷凝 Ba挥发、b吸水 Ca蒸发、b潮解 Da冷凝、b吸水 解析:浓硫酸吸水为主,稀硫酸挥发水分为主浓硫酸 吸水为主,稀硫酸挥发水分为主B项正确。 答
7、案:B,考点2 硫酸工业的生产原理及综合效益,生产规模和厂址选择 (1)讨论思路,(2)概括整合 由于硫酸是腐蚀性液体,不便贮存和运输,因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区。工厂规模的大小,主要由硫酸用量的多少来决定。硫酸厂选址应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区。,例2 (2010滨州市一中期中考题) 有A、B、C、D四个中等城市,它 们水源、能源充足,交通便利。 它们的相对地理位置如图所示。 各城市各有其特点:A城是风光 秀丽,人口稠密,土地供应紧张 的旅游城市,环保要求高,近郊有丰富的FeS2资源。B城 是一个新兴的工业城,已建有大型磷肥厂,土地供应充 足。C城近郊有丰富的
8、磷灰石资源,工业发达,但使用 H2SO4的工业不多,土地供应充足。D城是一个古老的城 市,它的周围是重要的农业区,是大量肥料的集散地。现 拟建年产1105 t的黄铁矿制硫酸的工厂,厂址应选在 ( ),AA城近郊 BB城近郊 C C城近郊 D D城近郊 作出上述选择的依据是_。 解析:A城人口稠密,土地资源紧缺,环保要求高,不适 合;C城使用H2SO4工业不多,运输硫酸成本较高,不适 合;D城是一个古老城市,土地肯定紧缺,虽然周围是重 要的农业区,但也是大量肥料的集散地,消耗硫酸不会太 多,不适合。综合考虑,权衡利弊,选择B城近郊最适合。 答案:B,B城近郊有硫酸消耗工厂大型磷肥厂,且避开了人口
9、 稠密的居民区,变式练习,2(2009北京朝阳区5月考题).硫酸的消费量常被作为有关 国家工业发达水平的一种标志,下表为接触法制硫酸时,温 度和压强对SO2转化率的影响:,(1)硫酸工业在国民经济中占有重要的地位,请写出它的 两种重要用途:_、_。 (2)工业中催化氧化SO2采用常压而不用高压,理由是 _ _。,化学试剂,干燥剂,常压时,SO2的转化率已经很高,若加压对设备要求高, 增大投资和能量消耗,.实验室中,用如下图所示装置及所给药品(图中部分夹持 仪器已略去)探究工业制硫酸接触室中的反应,并收集得到 SO3。已知:SO3熔点为16.8,沸点44.8,SO3遇水 剧烈反应;SO2的沸点为
10、10。,(1)写出A装置中制取氧气的化学方程式: _ _。 (2)B装置的作用除了将气体充分混合外,还有:_,_ _ _。 (3)加热硬质玻璃管时,若不断升高温度,对由SO2和O2 生成SO3的化学反应有何影响?_。,2H2O2 2H2OO2(或2Na2O22H2O=4NaOHO2),干燥气体,观察气泡数目以便控制O2和SO2的流速,SO2的转化率降低(不利于向生成SO3的方向进行),(4)本实验装置虚框处还需接一装置,甲、乙、丙三同学 分别设计了a、b、c三套装置,你认为不合理的是 _,理由是 _。,b,b中挥发的水蒸气会与D中SO3晶体剧烈反应,解析:本题考查硫酸工业条件的选择及设计实验探
11、究硫酸工业原理。.(1)硫酸是工业“三酸”之一,也是实验室重要试剂;(2)工业制硫酸要考虑化学反应速率、原料转化率或产率、成本(设备、动力、材料)等,应选择合适条件使反应较快、产率较高以及成本较低。.(1)A装置适合“固液气”,可以选择双氧水在二氧化锰作用下分解或过氧化钠与水反应制氧气;(2)根据三氧化硫的性质可知,其熔点、沸点较低,易变成气体进入D装置中,在冰水(0)的作用下,三氧化硫变成固体,但二氧化硫仍然是气体。又因为三氧化硫遇水剧烈反应,所以,原料气体必须干燥,B中浓硫酸的作用就是干燥原料气体。根据化学方程式可知,当投入气体体积比为V(SO2)V(O2)21时,原料利用率最高,所以,通
12、入气体时要调节二氧化硫和氧气的通入量,利用单位时间产生气泡数目控制通入气体速率,B中浓硫酸起指示通入气体量的作用;,(3)催化剂是有一定活性的V2O5(活性温度:500左 右),温度过高或过低,催化剂效率会降低。因为该 反应正方向是放热反应,不断升温,必将降低催化剂 的活性,降低二氧化硫的转化率,不利于生成SO3。 (4)SO3H2O H=SO4,设计装置时要防止外界 气体进入D装置中。氢氧化钠溶液在任何温度下都能 挥发出水蒸气,不能直接用氢氧化钠溶液吸收反应后 尾气中的二氧化硫。,客观题 浓、稀硫酸性质的差异、应用、检验及SO 的检验、 硫酸盐的知识等往往以选择题形式考查。,考题一 (200
13、9北京考题改编)下列有关硫酸的说法正确的 是 ( ),A实验室制取乙烯的实验中用稀硫酸作脱水剂 B浓硫酸与甲酸混合共热可制取CO气体 C100 mL、18 mol/L的硫酸与足量铜片共热可制取0.9 mol二氧化硫气体 D可利用向适量蒸馏水中加入少量待检液的方法鉴别 出浓、稀硫酸,审题视点:根据浓、稀硫酸的性质,尤其是浓硫酸的三个特性(吸水性、脱水性、强氧化性)进行分析判断,还要注意在实验中有时用浓硫酸作催化剂(如制乙烯、乙酸乙酯、硝基苯等),有时用稀硫酸作催化剂(如酯水解、蔗糖、淀粉水解)。 思路点拨:A项中用浓硫酸作脱水剂、催化剂,稀硫酸不能作脱水剂;B项正确,利用浓硫酸的脱水性;C项中,
14、浓硫酸中共有1.8 mol H2SO4,只有在浓度较大时Cu才可以与H2SO4反应,所以1.8 mol H2SO4不可能全部反应,即生成的SO2小于0.9 mol;D项正确。 标准答案:BD,高分解密 浓、稀硫酸的鉴别方法 方法一:取少量蒸馏水,向其中加入少量试样硫酸,如能放出大量热则为浓H2SO4,无明显变化则为稀H2SO4。 方法二:观察状态,浓H2SO4为黏稠状液体,而稀H2SO4为黏稠度较小的溶液。 方法三:用手掂掂份量,因为浓H2SO4的密度较大(1.84 gcm1)。相同体积的浓H2SO4和稀H2SO4,浓H2SO4的质量大得多。,方法四:取少量试样,向其中投入铁片,若产生大量气体为稀H2SO4,Fe2H Fe2H2;若无明显现象(钝化),则为浓H2SO4。 方法五:用玻璃棒蘸取试样在纸上写字,立即变黑(浓H2SO4的脱水性)者为浓H2SO4,另一为稀H2SO4。 方法六:取少量试样,分别投入一小块铜片,稍加热发生反应的(有气泡产生)为浓H2SO4(浓H2SO4的强氧化