硫酸典例剖析

硫酸典例剖析［例1］向50mL18mol·L－1H2SO4溶液中加入足量的铜片并加热，充分反应后，被还原的H2SO4的物质的量A.小于0.45molB.等于0.45molC.在0.45mol和0.90mol之间D.大于0.90mol解析：18mol·L－1的H2SO4是浓硫酸，在50mL中H2SO4的物质的量是0.90mol。铜与浓硫酸反应的化学方程式是：Cu＋2H2SO4=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O在“充分反应”的限定下，似乎被还原的H2SO4的物质的量是0.45mol，但是，事实上随着反应的进行，H2SO4逐渐消耗，而且有水作为生成物之一逐渐积累，而使得硫酸逐渐被稀释，到一定程度时硫酸不再跟铜发生反应，可见被还原的H2SO4的物质的量小于0.45mol。解答本题的主要失误在于没有理解题意，没有按“被还原的H2SO4的物质的量”这一关键性的指导语去考虑问题。答案：A点评：本题通过金属铜与浓硫酸反应的半定量判断，考查思维的严密性与整体性，题目本身并不是一个计算题，也不含有多少计算因素，考查的形式是一种逻辑论证。同时，解题时，不能把着眼点只注意在“量”上，还必须注意“质”的问题，因为许多化学问题涉及到量变引起质变这一辩证思维方法。［例2］三位学生设计了下述三个方案，并都认为：如果观察到的现象和自己设计的方案一致，即可确证试液中有SO24。方案甲：试液白色沉淀沉淀不溶解方案乙：试液无沉淀白色沉淀方案丙：试液无沉淀白色沉淀试评价上述各方案是否严密，并分别说明理由。答：方案甲方案乙方案丙解析：三个方案可作如下分析：(1)方案甲先向试液加氯化钡溶液，生成的白色沉淀有两种可能：一种是与氯离子结合而生成的氯化银，一种是与钡离子结合而成的硫酸钡、亚硫酸钡、碳酸钡、磷酸钡(即试液中可能含有SO24、SO23、CO23、PO34)。上述沉淀中只有亚硫酸钡、碳酸钡、磷酸钡能溶于盐酸，因而此方案不能确证试液中含SO24离子。(2)方案乙先向试液中加入盐酸不产生沉淀，这排除了试液中含有Ag＋离子的可能。然后再向此酸性溶液中加入氯化钡溶液，只有硫酸钡不溶于盐酸而呈白色沉淀，排除了其他离子的干扰，因而此方案是正确的。(3)方案丙与方案乙相似，不同之处是用硝酸代替了盐酸，用硝酸钡溶液代替了氯化钡溶液。由于硝酸有强氧化性，可将SO23离子氧化成SO24离子，因此不能排除SO23离子的△BaCl2溶液足量稀HCl足量稀HClBaCl2溶液足量稀HNO3Ba(NO3)2溶液干扰。答案：甲方案不严密，因为含有Ag＋而不含SO24的无色透明溶液，也会出现此方案的现象；乙方案严密，因为含有SO24的无色透明溶液才会出现此方案的现象；丙方案不严密，因为含有SO23而不含SO24的无色透明溶液，也会出现此方案的现象。点评：SO24检验是中学化学的重要知识点，检验和离子推断时一定要排除其他离子的干扰。本题兼顾考查同学们的文字表述能力。［例3］浓硫酸具有A.强酸性B.强氧化性C.高沸点、低挥发性，D.脱水性，E.吸水性等性质。以下过程主要表现了浓硫酸的哪些性质?请将答案的字母分别填入括号中(1)用NaCl固体和浓H2SO4在加热条件下制氯化氢气体。()(2)用磷矿粉〔主要成分Ca3(PO4)2〕和硫酸反应制磷酸。()(3)热的浓硫酸分别与铜片、木炭和硫粉等反应。()(4)浓硫酸干燥H2、O2、Cl2、HCl和SO2等气体。()(5)常温下可以用铁或铝的容器贮存浓硫酸。()(6)胆矾放在盛浓硫酸的干燥器中变成白色粉末。()(7)不能用浓硫酸干燥HBr、HI和H2S等气体。()(8)浓硫酸使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后变黑。()解析：(1)浓硫酸具有高沸点、难挥发性，氯化氢气体易挥发。(2)磷酸是高沸点的中强酸，利用强酸与弱酸盐反应制弱酸的原理制磷酸。(3)浓硫酸在加热条件下将不活泼的金属铜转化成硫酸铜，不仅表现了浓硫酸的强氧化性，还表现了酸性。浓硫酸与碳、硫反应只表现强氧化性。(4)浓硫酸吸收混在上述气体中的杂质水蒸气。(5)常温下，浓硫酸和铝、铁反应，在金属表面生成一层薄而致密的氧化物薄膜，阻止内部的金属和浓硫酸继续反应。(6)浓硫酸间接吸收胆矾晶体中的结晶水，使之变成无水硫酸铜白色粉末。(7)浓硫酸具有强氧化性，而HBr、HI、H2S具有强还原性。(8)浓硫酸既具有酸的通性，可使酸碱指示剂变色，又具有脱水性，可使有机物炭化。答案：(1)C(2)A(3)与Cu反应表现A、B；与S、C反应表现B(4)E(5)B(6)E(7)B(8)A、D点评：硫酸在化学中扮演多项“角色”，同学们在学习时，一定要理解并掌握，在理解的基础上无须“死记硬背”。［例4］实验证明铜不能在低温下与氧气反应，铜不与稀硫酸反应，但工业上却在废铜屑与热的稀硫酸混合物中，通入空气制硫酸铜溶液。(1)写出上述反应的化学方程式。(2)利用铜制备硫酸铜溶液还有什么方法?写出反应的化学方程式。比较哪一种方法好?为什么?解析：在稀H2SO4存在的条件下，Cu与O2在加热条件下反应生成碱性氧化物CuO，迅速溶解在热的稀硫酸溶液中生成CuSO4。第二种方法是先将铜在空气中加热使之生成CuO，再与稀硫酸反应。以上两种方法共同的特点是O2作为氧化剂，稀硫酸只起酸的作用。第三种方法是在加热条件下使铜直接与浓硫酸反应，反应中硫酸不仅起酸的作用，还起氧化剂的作用，被还原为有毒气体SO2。答案：(1)方法一：2Cu＋2H2SO4(稀)＋O2=====2CuSO4＋2H2O(2)方法二：2Cu＋O2=====2CuO，CuO＋H2SO4(稀)====CuSO4＋H2O△△△方法三：Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O第一种方法最好。若制得1molCuSO4，第一、二种方法只需1molH2SO4，而第三种方法则要用2molH2SO4，而且生成的SO2又造成大气污染。第一、二种方法比较，第一种方法在溶液中反应较易进行，且进行得充分。从以上分析可知第一种方法处理废铜屑最好。点评：选取制备方法的原则一般是：①操作便利；②原料用量少且经济易得；③没有污染。［例5］将质量分数为p%的硫酸与等体积的水混合后得到质量分数为q%的硫酸。则下列关于p、q的关系式中正确的是A.ｑ＜ｐ＜2ｑB.ｐ＜2ｑC.ｐ＝2ｑD.ｐ≥2ｑ解析：水的密度当视为1.00g·mL－1，硫酸溶液的密度必大于1.00g·mL－1。令题给q%的硫酸溶液的密度为ρg·mL－1，显然ρ＞1.00。设将ＶmLp%的硫酸溶液与ＶmL水混合。混合后所得稀硫酸的质量分数为：00.1%00.1%11pVmLmLgVmLmLgpVmLmLg依题意有：%00.1%qp即有：ρｐ＝ρｑ＋ｑ即：qpq＝ρ＞1ｑ＞ｐ－ｑｐ＜2ｑ。显然，若ρ＜1，则ｐ＞2ｑ。本题也可巧解：设加入与p%H2SO4等质量的水，加入后必然使q%=21p%。但因水的ρ（H2O)小于ρ(H2SO4)，故等体积水的质量必然小于H2SO4溶液的质量，加入后导致溶液浓度大于21p%。答案：B点评：通过本题可以得到以下结论。密度大于．．1.00g·ｃm－3的溶液被等体积水稀释后，其溶质的质量分数将大于．．稀释前的21；而密度小于．．1.00g·ｃm－3的溶液被等体积的水稀释后，其溶质的质量分数将小于．．稀释前的21。［例6］(1)浓硫酸与木炭粉在加热条件下反应的化学方程式是：。(2)试用下图6—3所列各装置设计一个实验，来验证上述反应所产生的各种产物。编号①②③④装置图6—3这些装置的连接顺序(按产物气流从左至右的方向)是(填装置的编号)：→→→。(3)实验时可观察到装置①中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色。A瓶溶液的作用是，B瓶溶液的作用是，C瓶溶液的作用是。(4)装置②中所加固体药品是，可验证的产物是，确定装置②在整套装置中位置的理由是。(5)装置③中所盛溶液是，可验证的产物是。解析：(1)浓硫酸有氧化性，加热时氧化性更强，木炭粉有还原性，两者相互反应,浓硫酸被还原成SO2,木炭粉则被氧化成CO2,反应得到的三个气态产物是SO2、CO2和H2O。(2)实验的目的是要将三种气态产物一一验证出来。由题中所给的各种装置可知：④是反应发生器；①中有品红溶液，可联想是用来验证SO2；装置③中装有某种水溶液，显然③可用来验证CO2；②是反应管，②可验证水蒸气。由于①、③中装的都是水溶液，气流经过后一定会带出水气，所以必须先用②验证产物中的水蒸气，然后再验证SO2和CO2，不然就不能确证水蒸气一定是反应产物；由于SO2和CO2都能与石灰水反应，使澄清的石灰水变浑，因此从②出来的气体必须先经过①验证和除去SO2后再进入③验证CO2，由此可以得出正确的连接顺序应当是④②①③。(3)A瓶中品红溶液褪色，可证明产物中有SO2，C瓶溶液不褪色说明进入C瓶的气体中已没有SO2，从而推断出B瓶的溶液作用是氧化吸收从A瓶出来的气体中全部SO2，因而C瓶溶液的作用是确认这时气流中SO2已被B瓶溶液全部吸收。(4)因为②是验证水蒸气的，所以其中固体药品必是可与水结合，而且有可观察到明显现象变化的物质，中学生熟悉的是白色无水硫酸铜遇水变蓝，或变色硅胶遇水由蓝色变粉红色。确定②装置位置的理由如(2)中所述。(5)由于从①中C瓶出来的气流中已确证没有SO2，因此③中所盛溶液必定是澄清石灰水，用来验证气流中的CO2。答案：(1)2H2SO4(浓)＋C=====CO2↑＋2H2O↑＋2SO2↑(2)④→②→①→③(3)验证产物气流中有SO2将产物气流中SO2全部氧化吸收确认产物气流中SO2已被B瓶溶液全部吸收(4)无水硫酸铜(或变色硅胶)水蒸气由于产物气流通过①、③时会带出水蒸气，所以②必须在①、③之前(5)澄清石灰水(或其他合理答案)CO2(二氧化碳)点评：用题目给定的零散的实验装置，设计一个实验，用以验证浓硫酸与木炭粉在加热条件下反应所产生的各种产物。主要考查实验的总体设计，所给实验装置的连接顺序，确定装置位置的理由，所给试剂的作用，判断装置中未指明的固体药品或溶液的名称，各部分装置可验证的产物，以及所给反应的化学方程式等。因综合性较强，要求能力也较高。［例7］现有Na2SO3溶液和稀H2SO4两种溶液。设计一个实验区别它们。所用试剂只有BaCl2溶液，仪器只有试管。试写出鉴别过程和△结论。解析：若向两种溶液中均加入BaCl2溶液时都有白色沉淀生成，没法根据该步的现象加以区别，再考虑：①生成沉淀的性质不同，一种能溶于酸而另一种不能溶于酸，②除生成沉淀之外，另一种产物分别为NaCl溶液和稀盐酸，故可借助于此产物加以鉴别。答案：取两支试管，各加入两种试样，然后向里面各加入足量BaCl2溶液，都产生白色沉淀。取一支试管中的上层清液加入到另一支试管的沉淀中，若沉淀溶解，则取清液的试管中盛的为稀H2SO4，另一支盛的为Na2SO3；若沉淀不溶解，则结论相反。点评：只把注意力集中在BaSO3和BaSO4都是难溶于水的白色沉淀，此题则无法鉴别。但隐藏在反应之后的物质却能帮助解决。可谓是“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。