强化归纳总结高一化学硫酸知识点
硫酸的工业制法——接触法
在高一化学课程中，硫酸的学习是一个非常重要的部分。硫酸不仅是化工生产中的重要原料，也是许多其他工业过程的基础。本文将详细介绍硫酸的工业制法——接触法，并深入探讨其反应原理、生产过程及相关的化学性质。
# 一、方法和原料
方法：接触法
接触法是现代工业中广泛采用的一种高效、经济的硫酸生产工艺。该方法最早由英国化学家佩尔金（Peregrine Phillips）于1831年发明，经过不断改进和完善，至今仍然是全球主要的硫酸生产方式之一。
原料：黄铁矿(主要成分是FeS)、空气、水和浓硫酸
黄铁矿（FeS）是一种常见的硫化物矿物，含硫量较高，因此被广泛用于硫酸的生产。此外，空气作为氧化剂提供氧气，而水和浓硫酸则分别用于吸收和储存生成的三氧化硫（SO）。
# 二、反应原理和生产过程
接触法制硫酸的过程可以分为三个主要步骤：二氧化硫的制取与净化、二氧化硫的氧化成三氧化硫以及三氧化硫的吸收生成硫酸。每个步骤都在特定的设备中进行，以确保反应的高效性和安全性。
## 1. 二氧化硫的制取和净化
主要反应：
\[ 4\text{FeS}_2 + 11\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{SO}_2 \]
这一反应在沸腾炉中进行。黄铁矿在高温下与空气中的氧气反应，生成二氧化硫（SO）和氧化铁（FeO）。为了保证后续反应的顺利进行，生成的二氧化硫气体需要经过净化处理，去除其中的杂质如砷、硒等有害物质，防止这些杂质对催化剂造成中毒影响。
思考题：为什么制得二氧化硫时要净化？
这是因为二氧化硫中含有的一些杂质如砷、硒等元素会对后续反应中的催化剂产生毒害作用，导致催化剂失活。通过净化处理，可以有效去除这些有害杂质，确保催化剂的活性和寿命。
## 2. 二氧化硫氧化成三氧化硫
主要反应：
\[ 2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{SO}_3 \]
这一反应在接触室中进行，使用钒催化剂（VO）来加速反应速率。二氧化硫在高温高压条件下与氧气反应生成三氧化硫。由于这是一个可逆反应，为了提高转化率，通常会在较低温度和较高压力下操作。
思考题：为什么选择钒催化剂？
钒催化剂具有较高的活性和选择性，能够在较温和的条件下促进二氧化硫的氧化反应。同时，钒催化剂相对稳定，使用寿命长，成本较低，因此成为工业上最常用的催化剂之一。
## 3. 三氧化硫吸收生成硫酸
主要反应：
\[ \text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} = \text{H}_2\text{SO}_4 \]
这一反应在吸收塔中进行。为了防止形成酸雾并提高吸收效率，通常使用浓硫酸而不是水作为吸收剂。浓硫酸能够迅速且完全地吸收三氧化硫，生成浓硫酸溶液。
思考题：为什么吸收三氧化硫时用浓硫酸作吸收剂而不用水呢？
用水吸收三氧化硫时容易形成酸雾，吸收速度慢，不利于吸收；而用浓硫酸吸收时不形成酸雾，吸收干净，速度快。因此，浓硫酸是更理想的吸收剂。
# 三、浓硫酸的物理性质和特性
浓硫酸（98.3%的硫酸）是一种无色粘稠的液体，密度为1.84 g/mL，难挥发，能与水以任意比例互溶。它具有以下几种重要特性：
1. 脱水性：浓硫酸具有极强的脱水能力，能够将有机物中的氢氧原子按水的比例脱去，使有机物炭化。例如，蔗糖在浓硫酸作用下会迅速变黑，形成碳化物。
2. 吸水性：浓硫酸能够吸收空气中的水分，因此常用作干燥剂。它可以吸收多种气体中的水分，如氨气、二氧化碳等。
3. 强氧化性：浓硫酸在加热条件下表现出强烈的氧化性。例如：
- \( 2\text{H}_2\text{SO}_4(\text{浓}) + \text{Cu} \rightarrow \text{CuSO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{SO}_2 \)
此反应既表现了浓硫酸的氧化性又表现了它的酸性。
- \( \text{H}_2\text{SO}_4(\text{浓}) + \text{C} \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + 2\text{SO}_2 \)
此反应只表现了浓硫酸的氧化性。
注： 浓硫酸可以使铁、铝表面形成一层致密的氧化膜，阻止进一步反应，这种现象称为钝化。因此，浓硫酸可以储存在铁或铝容器中。
# 四、硫酸盐
硫酸盐是一类重要的化合物，广泛应用于各个领域。以下是几种常见的硫酸盐及其用途：
1. 硫酸钙（CaSO）：石膏（CaSO·2HO）和熟石膏（2CaSO·HO）常用于建筑材料、医疗绷带和模型制作。
2. 硫酸锌（ZnSO）：皓矾（ZnSO·7HO）可用作收敛剂、防腐剂和媒染剂。
3. 硫酸钡（BaSO）：天然形式称为重晶石，常用于X射线透视肠胃内服药剂，俗称钡餐。
4. 硫酸铜（CuSO·5HO）：蓝矾或胆矾，广泛用于农业杀虫剂和金属镀层。
5. 硫酸亚铁（FeSO·7HO）：绿矾，用于治疗贫血和制造墨水。
# 五、硫酸根离子的检验
检验硫酸根离子的方法如下：先加入盐酸酸化，再加入氯化钡溶液。如果有白色沉淀生成，则证明有硫酸根离子存在。这是因为硫酸钡（BaSO）不溶于水，形成白色沉淀。
# 六、氧族元素
氧族元素包括氧（O）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）和钋（Po）。它们的原子结构特点是外层电子数均为6个，但核电荷数、电子层数和原子半径不同，导致它们的性质也有所不同。
1. 熔点、沸点和密度：从氧到钋，单质的熔点、沸点和密度逐渐升高或增大。
2. 金属性和非金属性：从氧到钋，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
3. 氢化物稳定性：从HO到HSe，氢化物的稳定性逐渐减弱。
4. 氧化物类型：氧族元素与氧结合生成RO型或RO型的氧化物，都是酸酐。随着元素周期表位置向右移动，最高价氧化物水化物的酸性逐渐减弱。
# 硫的用途
硫及其化合物有着广泛的用途，如：
- 制硫酸：硫酸是最重要的工业化学品之一，广泛应用于化肥、农药、医药等行业。
- 黑火药：硫磺是黑火药的重要成分之一。
- 农药：硫磺粉和硫化物常用于杀菌消毒。
- 橡胶制品：硫化橡胶具有更好的弹性和耐磨性。
- 硫磺软膏：用于治疗皮肤病。
- 二氧化硫（SO）：用于食品加工中的漂白剂和防腐剂。
通过以上详细分析，我们可以看到硫酸及其相关化合物在日常生活和工业生产中的重要地位。掌握这些知识不仅有助于我们更好地理解化学原理，还能为我们未来的职业发展打下坚实的基础。
