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2019-2020年高中化學（大綱版）第一冊 第六章 氧族元素 環(huán)境保護 第三節(jié)硫酸(備課資料) 1.酸的形形色色 酸的種類繁多，人們熟知的無機酸，如：硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、碳酸等；常見的有機酸，如醋酸、乳酸、檸檬酸等，它們除了具有酸的通性外，還有各自的“脾氣”和“性格”。 就狀態(tài)而言，鹽酸、硝酸透明如水；硫酸呈油狀液體；硼酸（H3BO3）為三斜晶體。 就揮發(fā)性而言，濃鹽酸、濃硝酸很易揮發(fā)，在空氣中冒白霧，長期敞置重量會減輕；濃硫酸不僅難揮發(fā)，而且能吸收空氣中的水蒸氣，使自身稀釋增重。 就穩(wěn)定性而言，硝酸怕光、怕熱，平時見到的硝酸呈黃色，是它見光分解產(chǎn)生了二氧化氮的緣故；碳酸、亞硫酸更不穩(wěn)定，常溫下就能分解，而硫酸穩(wěn)定性要高得多，要加熱到300多度才能分解。 有的酸有酸味，如醋酸，許多水果中含有的蘋果酸、檸檬酸，它們的酸味是人所共知的；有的酸卻淡而無味，如從油脂酸中分解得到的硬脂酸和軟脂酸；有的酸呈苦味，如苦味酸；甚至還有甜味的酸，如人們用來退熱、鎮(zhèn)痛、防腐的水楊酸。 有的酸可以食用，如被稱為調(diào)味廚師的醋酸；制汽水、糖果的檸檬酸；能用來治壞血病的抗壞血酸（維生素C）。有的有劇毒，如氫氰酸（HCN）、砷酸（H3AsO4），只要誤食極微量，即會中毒身亡。 有的酸混在一起，如濃硫酸（或硝酸）與氫硫酸（或氫溴酸）混合，彼此之間就會發(fā)生氧化還原反應，失去酸性；有的酸按比例混合后，卻“威力”大增，如將一份硝酸與三份濃鹽酸混合而成的混酸，有極強的氧化能力。以“孤僻”“遲鈍”著稱的金和鉑與硝酸不反應，但可與該混酸反應。故此，人們把它譽為“王水”。當今“王水”已不是酸中之王了，它已被“魔酸”擊敗，“魔酸”就是由五氯化銻和氯碘酸按1∶1的體積比制成的混酸，其酸度比100%的硫酸強100倍。 有些物質(zhì)雖有“酸名”，但不屬于酸類?？捎脕硐?、制電木、環(huán)氧樹脂、尼龍的石炭酸；用于染料、炸藥的赫赫有名的苦味酸。前者屬有機物中的酚類物質(zhì)，后者屬硝基化合物。 由于不同的酸，“脾氣”不同，“性格”各異，因而“招待”它們的方法也有別。多數(shù)酸可安排它們“居住”在玻璃容器和陶瓷壇中，但氫氟酸（HF）只能讓它住在塑料“房”中，因為它能腐蝕玻璃。奇怪的是“調(diào)皮”的濃硫酸、濃硝酸，常把它們關(guān)押在“鐵牢”中，卻毫無“反抗”之意，其原因何在，請思考。 千姿百態(tài)的酸，增添了大自然的奇觀，在化工、醫(yī)藥事業(yè)中顯示了它們的“專長”；在創(chuàng)造人類美好生活中立下了汗馬功勞；在未來的征途中將會大放光彩。 2.酸中之王——超強酸 硫酸、鹽酸、硝酸，統(tǒng)稱為“三強酸”，大家都比較熟悉。這些酸具有一個共同特點——強腐蝕性。濃鹽酸和無水氯化鋅按適當比例混合，可作為手工錫焊鐵制品的清洗劑。金的抗蝕性能極強，純金埋入泥土中，即使經(jīng)過幾百、幾千年也無明顯銹蝕，但在一份體積的濃硝酸和三份體積的濃鹽酸混合液——王水中放進金子，就會逐漸溶解。當然，如果不小心將這些酸滴到人的皮膚上，就會產(chǎn)生嚴重的燒傷或腐蝕。 近年來，世界上開發(fā)和研制了比硫酸、鹽酸、硝酸的酸性強幾萬倍，甚至幾十億倍的所謂超強酸。這些超強酸的酸性極強。以HF—SbF5為例，當物質(zhì)的量之比為1∶0.03時其酸性強度要比100%的硫酸強度約大一億倍；而HF—SbF5的物質(zhì)的量之比為1∶1時，其酸性估計可達100%硫酸的十億億倍。某些超強酸，如魔酸等，目前世界上已有商品出售。 別看超強酸的酸性和腐蝕性強的出奇，但它們在化學和化學工業(yè)方面，都是極有價值的物質(zhì)。超強酸既是無機及有機化合物的質(zhì)子化試劑，又是活性極高的酸性催化劑。過去有不少化學反應是極難實現(xiàn)或根本無法實現(xiàn)的，但在超強酸的環(huán)境中，都能異常順利地完成。 可以預料，隨著這些具有十分新穎特性的超強酸的相繼問世，化學和化學工業(yè)將會迅速走向另一嶄新的時代。 3.硫酸 硫酸是基礎(chǔ)化學工業(yè)的重要產(chǎn)品。它是許多化學工業(yè)的原料，大量用于制造化肥、農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、炸藥、化學纖維等。它還廣泛應用于石油煉制、冶金、機械制造、紡織印染等國民經(jīng)濟部門。因此硫酸的消費量可視為一個國家工業(yè)發(fā)達水平的一種標志。 在歷史上，我國是最早發(fā)現(xiàn)并認識應用硫酸的，唐代煉丹家孤剛子在其所著《黃帝九鼎神丹經(jīng)訣》卷中就記載著“煉石膽取精華法”，即干餾石膽（膽礬）而獲得硫酸。若用化學方程式表示則為： CuSO45H2OCuSO4+5H2O CuSO4CuO+SO3 SO3+H2O====H2SO4這種發(fā)現(xiàn)比西方早五六百年。 孤剛子不僅用這種硫酸分解過金礦，而且還發(fā)現(xiàn)硫酸參與的許多驚奇變化，如他知道稀硫酸對銅不能腐蝕的性質(zhì)。 八世紀阿拉伯煉金家賈比爾發(fā)現(xiàn)，將硝石和綠礬一起蒸餾，所得氣體溶于水得硫酸。后來人們還發(fā)現(xiàn)某些礦泉水中有濃厚的硫磺味道，可治皮膚病，這是因為河水長期接觸硫鐵礦（FeS2）等，被緩慢氧化成微量H2SO4，使河水味道發(fā)酸。這個變化可表示為： 2FeS2+7O2+2H2O====2H2SO4+2FeSO4 至于用硫磺燃燒（通過鉛室法）制硫酸，則是17世紀以后的事，而用接觸法制硫酸更是19世紀以后才出現(xiàn)的。 4.硫酸鹽 硫酸鹽的種類很多，有的在實際應用上很有價值。這里介紹幾種重要的硫酸鹽。 （1）硫酸銅 無水硫酸銅是一種白色固體，能溶于水生成藍色溶液。帶5個分子結(jié)晶水的硫酸銅（CuSO45H2O）呈藍色，俗稱膽礬或藍礬。 膽礬受熱又能失去結(jié)晶水，成為白色的硫酸銅。硫酸銅常用作殺菌劑，工業(yè)上用來精煉銅、鍍銅等。 （2）硫酸鈣 白色固體，帶兩個分子結(jié)晶水的硫酸鈣叫石膏（CaSO42H2O）。石膏在自然界以石膏礦大量存在。給石膏加熱到150℃~170℃時，石膏就失去所含大部分結(jié)晶水生成熟石膏（2CaSO4H2O）。主要用途是作石膏繃帶、調(diào)節(jié)水泥硬化速度等。 （3）硫酸鋅 帶7個分子結(jié)晶水的硫酸鋅（ZnSO47H2O），是無色的晶體，俗稱皓礬。主要用途是制白色顏料，用作收斂劑、防腐劑、媒染劑等。 （4）硫酸鋇 天然硫酸鋇叫重晶石。硫酸鋇可作白色顏料或制造其他鋇鹽。因為BaSO4既不溶于水，也不溶于酸，且不易被X射線透過，所以醫(yī)療上常用BaSO4作X射線透視腸胃的內(nèi)服藥劑，俗稱鋇餐。 （5）硫酸亞鐵 帶7個分子結(jié)晶水的硫酸亞鐵（FeSO47H2O），是綠色晶體，俗稱綠礬。主要用途是作補血劑、凈水劑、制藍墨水。 （6）硫酸鋁鉀 帶12個分子結(jié)晶水的硫酸鋁鉀〔KAl（SO4）212H2O〕，是無色晶體，俗稱明礬。主要用途是作凈水劑。 5.硫酸的最大消費者是化肥工業(yè)，用以制造磷酸、過磷酸鈣和硫酸銨。1983年，西方世界的化肥工業(yè)在硫酸消費構(gòu)成中占65%。中國化肥工業(yè)在硫酸消費上所占比例也一直保持在50%~60%。在石油工業(yè)中，硫酸用于汽油、潤滑油等產(chǎn)品的精煉，并用于烯烴的烷基化反應，以生產(chǎn)高辛烷值汽油。鋼鐵工業(yè)需用硫酸進行酸洗，以除去鋼鐵表面的氧化鐵皮。這一工序是軋板、冷拔鋼管以及鍍鋅等加工所必須的預處理。在有色冶金工業(yè)中，濕法冶煉過程用硫酸浸取銅礦、鈾礦和釩礦；電解法精煉銅、鋅、鎳、鎘等，需用硫酸配制電解液。用螢石和硫酸可制取氫氟酸，它是現(xiàn)代氟工業(yè)的基礎(chǔ)，與核工業(yè)及航天工業(yè)密切關(guān)聯(lián)。在硝化棉、梯恩梯、硝化甘油、苦味酸等炸藥的制造過程中，硫酸是硝化工序不可缺少的脫水劑。在化學纖維工業(yè)中，硫酸用于配制粘膠纖維的抽絲凝固??；維綸生產(chǎn)需用硫酸進行縮醛化；錦綸的制造過程中，硫酸可溶解環(huán)已酮肟而進行貝克曼轉(zhuǎn)位。在塑料工業(yè)方面，環(huán)氧樹脂和聚四氟乙烯等生產(chǎn)也需用數(shù)量可觀的硫酸。在染料工業(yè)中，硫酸用于制造染料中間體。硫酸與鈦鐵礦反應可制得重要的白色顏料二氧化鈦（鈦白）。硫酸還用于無機酸及有機酸等的生產(chǎn)。 ●綜合能力訓練題 1.下列敘述正確的是 A.久置于空氣中的氫氧化鈉溶液加鹽酸有氣體產(chǎn)生 B.50 mL 12 molL－1的濃鹽酸與足量的二氧化錳反應，能生成氯氣0.15 mol C.常溫下，濃硫酸不與銅反應，是因為銅被鈍化 D.少量二氧化碳通入濃的氯化鈣溶液能生成白色沉淀 解析：久置于空氣中的氫氧化鈉溶液，因吸收空氣中的CO2而逐漸轉(zhuǎn)化為Na2CO3溶液，加鹽酸發(fā)生反應：CO+2H+====CO2↑+H2O，故A項正確；B項中應考慮隨著反應的進行，HCl的濃度不斷減小，因稀HCl不與MnO2反應，充分反應后生成的氯氣一定小于0.15 mol；C項中濃硫酸在常溫下不與銅反應，不是因為銅被鈍化而是此時濃硫酸的氧化性不足以將銅氧化。D項CO2不能與CaCl2反應生成沉淀（因為若反應，則CO2+H2O+CaCl2====CaCO3↓+2HCl，這違背了強酸可以制弱酸的規(guī)律）。 答案：A 2.向50 mL 18 molL－1的H2SO4溶液中加入適量的銅片并加熱。充分反應后，被還原的H2SO4的物質(zhì)的量 A.小于0.45 mol B.等于0.45 mol C.在0.45～0.90 mol之間 D.大于0.45 mol 解析：濃硫酸與銅可發(fā)生氧化還原反應，而稀硫酸與銅不發(fā)生反應。濃硫酸與銅反應時，隨著反應進行，硫酸逐漸被消耗，其濃度也逐漸下降，當硫酸由濃變稀時反應就會停止。因此，參加反應的硫酸實際量要比理論計算值小。 答案：A 3.某溶液中可能存在的陰離子為下列離子中的一種或兩種：Cl－、SO、SO、CO。 （1）若溶液中有大量H＋存在時，則不能存在的離子是___________。 （2）若溶液中有大量Ba2＋時，則溶液中不存在___________離子。 （3）當溶液中含有___________陽離子時，上述所有陰離子都不能存在。 （4）若加入鹽酸后，再加Ba（NO3）2溶液，有大量白色沉淀生成，則溶液中一定存在___________離子。 （5）若通入過量氯氣，反應后的溶液中可能存在的離子是___________。 解析：此題需熟悉下列反應： 2H＋＋SO====SO2↑＋H2O；2H＋＋CO====H2O＋CO2↑； Ba2＋＋SO====BaSO4↓；Ba2＋＋SO====BaSO3↓； CO＋Ba2＋====BaCO3↓；Ag＋＋Cl－====AgCl↓； Cl2＋H2O====H＋＋Cl－＋HClO；SO＋Cl2＋H2O====SO＋2H＋＋2Cl－ 答案：（1）SO CO （2）SO CO SO （3）Ba2＋ Ag＋ （4）SO （5）Cl－ SO