第三章 硫 硫酸Word文件下载.docx
- 文档编号:17004667
- 上传时间:2022-11-27
- 格式:DOCX
- 页数:26
- 大小:131.78KB
第三章 硫 硫酸Word文件下载.docx
《第三章 硫 硫酸Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第三章 硫 硫酸Word文件下载.docx(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
硫主要用来制造硫酸。
硫也是生产橡胶制品的重要原料。
硫还可用于制造黑色火药、焰火、火柴等。
硫又是制造某些农药(如石灰硫黄合剂)的原料。
医疗上,硫还可用来制硫黄软膏医治某些皮肤病,等等。
习题
1.选择题:
(1)下列说法中不正确的是[]
A.硫是一种淡黄色的能溶于水的晶体
B.硫的化合物常存在于火山喷出的气体中和矿泉水里
C.硫的化学性质与氧相似
D.硫在空气中燃烧火焰呈淡蓝色,在氧气中燃烧火焰呈蓝紫色。
(2)下面物质中只具有还原性的是[]
A.SB.SO2
C.H2SO4D.H2S
(3)在跟金属的反应中,硫比较容易[]
A.得到电子,是还原剂
B.失去电子,是还原剂
C.得到电子,是氧化剂
D.失去电子,是氧化剂
2.写出硫跟氢气、硫跟氧气反应的化学方程式。
3.试计算0.32千克的硫燃烧生成二氧化硫,放出多少热量。
4.21克铁粉跟8克硫粉混和加热可生成硫化亚铁多少克,哪一种物质过剩,剩余多少?
第二节硫的氢化物和氧化物
一、硫的氢化物——硫化氢(H2S)
1.硫化氢的实验室制法
在实验室里,硫化氢通常是由硫化亚铁跟稀盐酸或稀硫酸反应而制得的。
FeS+2HCl=FeCl2+H2S↑
FeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑
这个反应可以在启普发生器里进行。
2.硫化氢的性质
硫化氢是一种没有颜色而有臭鸡蛋气味的气体。
它的密度比空气略大。
硫化氢有剧毒,是一种大气污染物。
空气里如果含有微量的硫化氢,就会使人感到头痛、头晕和恶心。
吸入较多的硫化氢,会使人昏迷甚至死亡。
因此,制取或使用硫化氢时,必须在密闭系统或通风橱中进行。
硫化氢能溶于水。
在常温、常压下,1体积的水能溶解2.6体积的硫化氢。
在较高温度时,硫化氢分解成氢气和硫。
硫化氢是一种可燃性气体。
[实验3-3]在导管口用火点燃硫化氢气体,观察硫化氢完全燃烧时火焰的颜色。
然后把干燥的烧杯罩在火焰的上方,观察烧杯内壁附有什么物质。
小心地闻一下气味。
在空气充足条件下,硫化氢能完全燃烧而发生淡蓝色的火焰,并生成水和二氧化硫。
[实验3-4]在导管口用火点燃硫化氢气体,用一个蒸发皿(或玻璃片),使蒸发皿底靠近硫化氢的火焰,观察蒸发皿底发生的现象。
我们可以看到,蒸发皿底部附有黄色的粉末。
这是硫化氢不完全燃烧时析出的单质硫。
2H2S+O2=2H2O+2S
如果在一个集气瓶里,使硫化氢跟二氧化硫两种气体充分混和。
不久,在瓶壁上就有黄色的粉末——硫的生成。
SO2+2H2S=2H2O+3S
由此可见,硫化氢具有还原性。
硫化氢里的硫是-2价,它能够失去电子而变成游离态的单质硫或高价硫的化合物。
硫化氢的水溶液能够使石蕊试液变为浅红色,它是一种酸,叫做氢硫酸,当这种酸受热时,硫化氢又从水里逸出。
氢硫酸是一种弱酸,它具有酸的通性。
二、硫的氧化物
硫的氧化物中最重要的是二氧化硫和三氧化硫。
1.二氧化硫(SO2)
二氧化硫是没有颜色而有刺激性气味的有毒气体。
它的密度比空气大,容易液化(沸点是-10℃),易溶于水,在常温常压下,1体积水大约能溶解40体积二氧化硫。
二氧化硫是酸性氧化物,它跟水化合而生成亚硫酸(H2SO3)。
因此,二氧化硫又叫做亚硫酐。
SO2+H2O=H2SO3
亚硫酸很不稳定,容易分解成二氧化硫和水。
H2SO3=H2O+SO2↑
通常把向生成物方向进行的反应叫做正反应,向反应物方向进行的反应叫做逆反应。
象这种在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应,叫做可逆反应。
在化学方程式里,用两个方向相反的箭头代替等号来表示可逆反应。
SO2+H2O
H2SO3
二氧化硫在适当的温度并有催化剂存在的条件下,可以被氧气氧化而生成三氧化硫。
[实验3-5]把二氧化硫气体通入盛有品红溶液的试管里,观察品红溶液颜色的变化。
把试管加热,再观察溶液发生的变化。
二氧化硫能漂白某些有色物质。
工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝、草帽辫等。
二氧化硫的漂白作用是由于它能跟某些有色物质化合而生成不稳定的无色物质。
这种无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色。
用二氧化硫漂白过的草帽辫日久又渐渐变成黄色,就是因为这个缘故。
此外,二氧化硫还用于杀菌消毒等。
实验室里,常用亚硫酸盐跟硫酸反应来制二氧化硫。
例如:
亚硫酸钠是亚硫酸(H2SO3)的钠盐。
亚硫酸钠溶液跟硫反应,生成硫代硫酸钠(Na2S2O3)。
硫代硫酸钠是硫代硫酸(H2S2O3)的钠盐。
硫代硫酸可以看作是硫酸分子中的一个氧原子被硫原子代换后所生成的酸。
带有五个结晶水的硫代硫酸钠(Na2S2O3·
5H2O),俗称大苏打或海波。
它是无色晶体,溶于水,在照相业中常用作定影剂。
用于溶解照相底片或感光纸上尚未感光的溴化银。
①
2.三氧化硫(SO3)
三氧化硫是一种没有颜色的固体,熔点16.8℃,沸点44.8℃。
三氧化硫遇水立即起剧烈的反应而生成硫酸,同时放出大量的热。
因此,三氧化硫又叫硫酐。
SO3+H2O=H2SO4
二氧化硫跟氧气在一定温度和催化剂作用下,可以生成三氧化硫。
三氧化硫也可以分解而生成二氧化硫和氧气。
所以,这也是一个可逆反应。
三氧化硫是一种酸性氧化物,它跟碱性氧化物或碱都能够起反应而生成硫酸盐。
1.填空题:
(1)硫化氢完全燃烧,发出______色的火焰,其反应的化学方程式是____________。
(2)二氧化硫在通常情况下是______颜色、有______气味的______毒气体。
二氧化硫溶于水生成______,在同一条件下生成的______又容易分解成______和______,这叫做______反应。
(3)根据右图所示,判断:
A.______
B.______
C.______
反应的化学方程式是:
①__________________
②__________________
③__________________
2.选择题:
(1)下列物质露置在空气中,不会变质的是[]
A.硫B.氢硫酸
C.烧碱D.亚硫酸
(2)通常状况下,下列各组气体能共存的是[]
A.Cl2、CO2、HBrB.H2、N2、CO2
C.SO2、H2、H2SD.H2S、CO2、Cl2
(3)能鉴别SO2和CO2的试剂是[]
A.湿润的蓝色石蕊试纸
B.澄清石灰水
C.品红试液
D.氯化钡溶液
3.现有硫、铁和盐酸,试用两种方法制取硫化氢,写出有关反应的化学方程式。
4.举例说明二氧化硫和三氧化硫跟碱、碱性氧化物反应后的生成物有什么不同,并写出有关反应的化学方程式。
5.写出符合下列要求的化学方程式。
(1)硫在反应中作还原剂
(2)硫在反应中作氧化剂
(3)二氧化硫在反应中作还原剂
(4)二氧化硫在反应中作氧化剂
(5)二氧化硫在反应中既不作氧化剂,也不作还原剂
(6)硫化氢在反应中作还原剂
第三节硫酸的工业制法——接触法
一、接触法制造硫酸的反应原理和生产过程
工业上制造硫酸的方法有多种,接触法是其中最重要的一种。
接触法制造硫酸的反应原理是:
燃烧硫或金属硫化物等原料来制取二氧化硫,使二氧化硫在适当的温度和催化剂的作用下氧化成三氧化硫,再使三氧化硫跟水化合而生成硫酸。
二氧化硫跟氧气是在催化剂的表面上接触时起反应的,接触法的名称即由此而得。
根据制造硫酸的反应原理,生产过程可以分为下述三个主要阶段:
1.二氧化硫的制取和净化
我国目前多用燃烧硫铁矿(主要成分是FeS2)的方法来制取二氧化硫。
这个反应的化学方程式如下:
要使硫铁矿充分和迅速地燃烧,工业上常把硫铁矿粉碎成细小的矿粒后,再放在一种特制的炉子里燃烧。
由于矿石粉碎得较小,跟空气接触面大,燃烧充分,烧得也快。
当矿粒燃烧的时候,从炉底通入强大的空气流,把矿粒吹得在炉内一定空间里剧烈翻腾,好象“沸腾着的液体”一样。
因此,人们把这种炉子叫做沸腾炉(图3-2)。
矿粒在这种沸腾情况下,跟空气充分接触,燃烧快,反应完全,提高了原料的利用率。
从沸腾炉里出来的气体叫做炉气,其中含有二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气以及一些杂质,如砷、硒等的化合物和矿尘等。
杂质和矿尘都会使催化剂作用减弱或失去作用,这种现象叫做催化剂中毒。
水蒸气对设备和生产也有不良影响。
因此,在进行氧化反应以前,必须使炉气通过除尘(除去矿尘)、洗涤(除去砷、硒等的化合物)、干燥(除去水蒸气)等净化设备来除去这些有害物质。
这样处理过的混和气体主要含有二氧化硫、氧气和氮气。
2.二氧化硫氧化成三氧化硫
把二氧化硫跟氧气的混和气体加热到一定温度(400—500℃),再通过适当的催化剂(例如五氧化二钒等),二氧化硫就被氧气所氧化,生成三氧化硫,同时放出大量的热。
它的热化学方程式是:
二氧化硫氧化成三氧化硫的反应是在接触室(或叫转化器,见图3-2)里进行的。
在两层催化剂中间装有一个热交换器,用来把反应时生成的热,传递给进入接触室的需要预热的混和气体并冷却反应后生成的气体。
象这样传递热量的过程就是化学工业上常用的热交换过程。
经过热交换器,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。
热交换器是化学工业里广泛应用的热交换设备,它有各种形式。
多数热交换器的内部,装有许多平行的管道或蛇管,以扩大传热面,提高换热效果。
一种流体在管道里流动,另一种流体在管道外流动。
两种流体通过管壁进行热交换,热的流体得到冷却,冷的流体得到加热。
根据使用目的的不同,热交换器可以用作冷却器、加热器、冷凝器和汽化器等,以便在反应过程里调节流体温度、利用余热等。
图3-3是常见的一种热交换器。
3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成
从接触室出来的气体,主要是三氧化硫和氮气以及剩余的未起反应的氧气和二氧化硫。
三氧化硫跟水化合生成硫酸,同时放出大量的热。
[讨论]用最简便的解法,计算用接触法制造50吨98%的浓硫酸,在理论上需要多少吨含FeS270%的硫铁矿。
硫酸虽然是三氧化硫跟水化合而制得的,但工业上不是直接用水或稀硫酸来吸收三氧化硫的。
因为用水或稀硫酸作吸收剂时,容易形成酸雾,吸收速度慢,不利于吸收三氧化硫。
为了尽可能把三氧化硫吸收干净,并在吸收过程中不形成酸雾,工业上是用98.3%的硫酸来吸收三氧化硫的。
吸收过程是在吸收塔(图3-2)里进行的。
在吸收塔里,三氧化硫从塔的下部通入,98.3%的硫酸从塔顶喷下,成品硫酸从塔底放出。
98.3%的硫酸吸收三氧化硫后浓度增大,把这样制得的硫酸用水或稀硫酸稀释,成为各种浓度的硫酸。
从吸收塔上部导出的没有起反应的氧气和少量的二氧化硫,以及不起反应的氮气等气体,工业上叫做尾气。
这些尾气从塔的上部的出气管排出。
二、尾气中二氧化硫的回收和环境保护
接触法制硫酸的尾气中,还含有少量的二氧化硫等,如果排入大气,就会造成环境污染。
二氧化硫是大气污染的主要有害物质之一。
排入大气的二氧化硫往往和飘尘结合在一起,被吸入人体内部,会引起呼吸道疾病。
二氧化硫跟鼻、咽粘膜的水分结合,生成酸性物质,发生刺激作用。
当大气里二氧化硫含量较多时,人们就会咳嗽、打喷嚏、流涕、流泪和气管发炎。
室内二氧化硫长期含量多,就会发生严重后果。
二氧化硫还可直接伤害农作物,造成减产,甚至使植株完全枯死,颗粒无收。
二氧化硫还跟空气中的水蒸气结合,变成“酸雾”,随雨雪降到地面,导致土壤酸化。
这种“酸雾”的毒性比二氧化硫大得多,而且可以吹到很远的地方,对人体、生物、物品的危害更大。
因此,在尾气排放到大气中以前,必须回收处理,防止二氧化硫污染大气,以保护环境,并充分利用原料。
尾气中二氧化硫的回收,常常采用氨吸收法。
这种方法是用氨水作为吸收剂除去尾气中的二氧化硫。
反应的化学方程式是:
SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3
亚硫酸铵
(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3
亚硫酸氢铵
当吸收液中亚硫酸氢铵达到一定浓度后,再跟浓硫酸(浓度为93%)反应,放出二氧化硫气体,同时得到硫酸铵溶液。
2NH4HSO3+H2SO4=2SO2↑+2H2O+(NH4)2SO4
(NH4)2SO3+H2SO4=SO2↑+H2O+(NH4)2SO4
放出的二氧化硫气体浓度可达95%以上,可用于制液体二氧化硫。
硫酸铵溶液经结晶、分离、干燥后制成固体硫酸铵肥料。
这样,尾气中的二氧化硫就可以回收利用。
硫酸厂排放的尾气里含有二氧化硫,但是,造成大气污染的二氧化硫,大量的是由燃烧含硫的燃料如煤等产生的(其中包括家庭用煤在内)。
此外,一氧化碳、氮的氧化物、碳氢化合物以及粉尘等固体颗粒也会造成对大气的污染。
环境污染包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染、噪声等等。
环境污染的产生和发展,跟人类的活动有着密切的联系。
人类在同自然界的斗争中,通过劳动,一方面,不断地改造自然,使人们的劳动和生活条件不断地得到改善;
另一方面,由于不合理的管理制度,或受人们的认识能力以及科学技术水平的限制,也带来对环境的污染和破坏。
工业“三废”(即所谓废气、废水和废渣)等对坏境的污染,许多是由于资源的综合利用水平低或没有综合利用等原因而造成的。
因此,我们必须采取积极措施,努力消除和预防经济发展可能带来对环境的污染,不断保护和改善环境,为人民创建一个美好的劳动和生活环境。
下面是接触法制硫酸的简单流程图:
(1)设备A是______,在设备A中进行反应的化学方程式是____________;
设备B是____________,在设备B中进行反应的化学方程式是____________;
设备C是______,在设备C中进行反应的化学方程式是__________________。
(2)图中标号处通入或放出的物质是:
①______,②______,③______,
④______,⑤______,⑥______,
⑦______,⑧______,⑨______。
(3)在设备A里,矿石燃烧前要粉碎成细小矿粒的原因是__________________。
(4)从设备A里放出的气体必须经过______、____________、______等净化措施后,才能进入设备B,其原因是______________________________。
(5)设备B中部的装置叫______器,其作用是________________________。
(6)设备C中用98%的浓硫酸吸收SO2的原因是________________________。
(7)尾气在排放到空气之前必须经过______,其原因是__________________。
2.计算1吨二氧化硫氧化成三氧化硫,放出多少热量。
3.燃烧1吨含硫48%的硫铁矿,在理论上能生产多少吨98%的硫酸(设还有1.5%的硫留在炉渣里)?
4.某工厂每天要烧掉含硫1.6%的烟煤100吨,每年(以360天计算)共排放出多少吨严重污染环境的二氧化硫?
如果变废为宝,把这些二氧化硫回收利用,那么,在理论上每年可生产98%的浓硫酸多少吨?
第四节硫酸硫酸盐
一、硫酸
1.硫酸的性质
硫酸在水溶液里很容易电离生成氢离子①
H2SO4=2H++SO42-
硫酸除了具有酸的通性以外,还具有一些特性。
98.3%的硫酸的沸点是338℃。
硫酸是一种难挥发的强酸。
浓硫酸具有强烈的吸水性、脱水性和氧化性。
我们在初中已经学习了浓硫酸的吸水性和脱水性,现在进一步研究它的氧化性。
在常温下,浓硫酸跟某些金属如铁、铝等接触,能够使金属表面生成一薄层致密的氧化物保护膜①,阻止内部金属继续跟硫酸起反应。
因此,浓硫酸可以用铁或铝的容器贮存。
但是,在受热的情况下,浓硫酸不仅能够跟铁、铝等起反应,而且能够跟绝大多数金属起反应。
[实验3-6]在试管里放入一块铜片,注入少量浓硫酸,给试管加热。
观察试管里所起的变化。
用润湿的蓝色石蕊试纸放在试管口检验所放出的气体。
观察试纸颜色的变化。
把试管里的溶液倒在盛着少量水的另一个试管里,使溶液稀释,观察溶液的颜色。
从上面的实验可以知道,浓硫酸跟金属的反应不是置换反应,不放出氢气。
这个反应的生成物,除该金属的硫酸盐外,一般还有二氧化硫和水。
浓硫酸跟铜起反应的化学方程式如下:
在这个反应里,浓硫酸氧化了铜(铜从0价升高到+2价),它本身被还原成二氧化硫(硫从+6价降低到+4价)。
浓硫酸是氧化剂,铜是还原剂。
当加热时,浓硫酸还能够跟一些非金属起氧化-还原反应。
例如,把浓硫酸跟木炭一起放在试管里,并给试管加热,木炭里的碳就被氧化成二氧化碳,而硫酸被还原为二氧化硫。
在这个反应里,浓硫酸是氧化剂,碳是还原剂。
由此可见,浓硫酸是强氧化剂,它具有强氧化性。
2.硫酸的用途
硫酸是化学工业中最重要的产品之一。
根据硫酸的各种不同的性质,硫酸在工业上和实验室里具有十分广泛的用途。
在化学肥料工业上,利用硫酸跟磷矿粉起反应可制得过磷酸钙等磷肥;
利用它跟氨或氨水的反应可制得氮肥硫酸铵。
在金属加工和金属制品进行电镀以前,可以利用硫酸跟金属氧化物起反应的性质来除去金属表面的氧化物。
利用硫酸能跟金属或金属氧化物起反应的性质可以制出许多有实用价值的硫酸盐,如硫酸铜、硫酸亚铁,等等。
因为硫酸是一种高沸点酸,可以用它来制取各种挥发性酸,如跟氯化钠起反应制得氯化氢,溶于水生成盐酸。
硫酸还用于精炼石油,制造炸药、农药、染料,等等。
在化学实验室里,硫酸是一种常用的试剂。
利用浓硫酸的吸水作用,通常也把它用作干燥剂。
二、硫酸盐
硫酸盐的种类很多,有的在实际应用上很有价值。
在初中化学里已经学过一些重要的硫酸盐,如硫酸铜、硫酸铵等。
现在,我们再来认识几种重要的硫酸盐。
1.硫酸钙(CaSO4)
硫酸钙是白色固体。
带两个分子结晶水的硫酸钙,叫做石膏(CaSO4·
2H2O)。
石膏在自然界以石膏矿大量存在。
给石膏加热到150—170℃时,石膏就失去所含大部分结晶水而变成熟石膏(2CaSO4·
H2O)。
熟石膏跟水混和成糊状物后很快凝固,重新变成石膏。
人们利用这种性质,通常把石膏用来制造各种模型。
医疗上用它来作石膏绷带。
水泥厂也要用石膏来调节水泥的凝结时间。
2.硫酸锌(ZnSO4)
带七个分子结晶水的硫酸锌(ZnSO4·
7H2O),是无色的晶体,俗称皓矾。
医疗上用作收敛剂,可使有机体组织收缩,减少腺体的分泌;
在铁路施工上用它的溶液来浸枕木,是木材的防腐剂;
在印染工业上用它能使染料固着于纤维上,是一种媒染剂。
硫酸锌又可用于制造白色颜料(锌钡白等)。
3.硫酸钡(BaSO4)
硫酸钡可作白色颜料。
天然产的硫酸钡叫做重晶石。
重晶石是制造其它钡盐的原料。
硫酸钡不溶于水,也不溶于酸。
利用这种性质以及不容易被X射线透过的性质,医疗上常用硫酸钡作X射线透视肠胃的内服药剂,俗称“钡餐”。
三、硫酸根离子的检验
硫酸和硫酸盐溶于水时都会产生硫酸根离子。
可以利用硫酸钡的不溶性来检验硫酸根离子的存在。
[实验3-7]在分别盛着硫酸、硫酸钠、碳酸钠溶液的试管里,各滴入少量氯化钡溶液,在三个试管里都有白色沉淀生成。
等沉淀下沉,倒去上面的溶液,再各注入少量盐酸或稀硝酸,振荡试管,观察有什么现象?
在硫酸或硫酸钠的溶液里加入氯化钡溶液,就生成白色的硫酸钡沉淀。
BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl
BaCl2+Na2SO4=BaSO4↓+2NaCl
在碳酸钠的溶液里加入氯化钡溶液,也生成白色沉淀,这是碳酸钡沉淀。
BaCl2+Na2CO3=BaCO3↓+2NaCl
从上面的实验还可以看到,白色硫酸钡既不溶于水,也不溶于盐酸或稀硝酸,但白色碳酸钡能够溶于盐酸或稀硝酸。
BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2↑
BaCO3+2HNO3=Ba(NO3)2+H2O+CO2↑
许多不溶于水的钡盐(如磷酸钡)也跟碳酸钡一样,能溶于盐酸或稀硝酸。
由此可见,用可溶性钡盐溶液和盐酸(或稀硝酸)可以检验硫酸根离子的存在。
(1)在常温下,下列物质可盛放在铁制容器或铝制容器中的是[]
A.盐酸B.稀硫酸
C.浓硫酸D.硫酸铜溶液
(2)浓硫酸能与C、S等非金属反应,因为它是[]
A.强氧化剂B.不挥发性酸
C.强酸D.脱水剂
(3)下列物质久置在敞口的容器中,质量会增加的是[]
A.浓盐酸B.浓硫酸
C.碳酸钠晶体D.氯化钠
(4)在通常情况下能大量共存,并且都能用浓硫酸干燥的一组气体是[]
A.SO2、H2S、Cl2B.CO、H2、N2
C.HBr、H2、Cl2D.H2S、CO2、H2
(5)能鉴别Na2S、Na2SO3、Na2SO4的试剂是[]
A.品红溶液B.氢氧化钠溶液
C
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第三章 硫酸 第三
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)