硫酸的产量是衡量一个国家化工水平的标志.2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)是工业制硫酸的主要反应之一.一
A.温度相同时,该反应的平衡常数不变,则甲、乙中反应的平衡常数相等,故A错误;
B.体积相同,丙中的起始浓度为甲的2倍,但由于该反应是气体体积改变的反应,体积不变增加浓度,压强增大,平衡正向移动,则丙中转化率增大,即丙中c(SO3)大于甲中c(SO3)的2倍,故B错误;
C.根据2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g),
开始(mol)0.4 0.24 0
转化(mol)0.32 0.16 0.32
平衡(mol)0.08 0.08 0.32
平衡浓度(mol/L)0.04 0.04 0.16
所以该温度下,平衡常数值K=
(0.16mol/L)2 |
(0.04mol/L)2×0.04mol/L |
D.由甲、乙可知,氧气的浓度相同,二氧化硫的浓度增大会促进氧气的转化,二氧化硫转化率减小,乙丙可知二氧化硫浓度相同,氧气浓度增大二氧化硫转化率增大,则平衡时,SO2的转化率:α1<80%<α2 ,故D正确;
故选CD.
硫酸是一种无色黏稠油状液体,是一种高沸点难挥发的强酸,易溶于水,能以任意比与水混溶。100%的硫酸熔沸点:熔点10℃沸点290℃但是100%的硫酸并不是最稳定的,沸腾时会分解一部分,变为98.3%的浓硫酸,成为338℃(硫酸水溶液的) 恒沸物。加热浓缩硫酸也只能最高达到98.3%的浓度。98.3%硫酸的熔沸点:熔点:10℃;沸点:338℃
吸水性它是良好的干燥剂。用以干燥酸性和中性气体,如CO2,H2,N2,NO2,HCl,SO2等,不能干燥碱性气体,如NH3,以及常温下具有还原性的气体,如H2S。吸水是物理变化过程吸水性与脱水性有很大的不同:吸水原来就有游离态的水分子,水分子不能被束缚。将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中,其质量将增加,密度将减小,浓度降低,体积变大,这是因为浓硫酸 具有吸水性。
浓硫酸化学性质1.脱水性脱水指浓硫酸脱去非游离态水分子或脱去有机物中氢氧元素的过程。(1)脱水性简介就硫酸而言,脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,浓硫酸有脱水性且脱水性很强。(2)可被脱水的物质物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程,反应时,浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比(2:1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子或脱去非游离态的结晶水,如五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)。(3)炭化可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物,其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物,被脱水后生成 浓硫酸的腐蚀性了黑色的炭(炭化)。浓硫酸 如C12H22O11=12C + 11H2O(4)黑面包反应 在200mL烧杯中放入20g蔗糖,加入几滴水,水不能加多,搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸,迅速搅拌。观察实验现象。可以看到蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,形成疏松多孔的海绵状的炭。2.强氧化性(1)跟金属反应①常温下浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。②加热时,浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应,生成高价金属硫酸盐,本身一般被还原成SO2Cu+2H2SO4(浓)=加热=CuSO4+SO2↑+2H2O2Fe+6H2SO4(浓)=加热=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。(2)非金属反应 热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸,本身被还原为SO2。在这类反应中,浓硫酸只表现出氧化性。C+2H2SO4(浓)=加热=CO2↑+2SO2↑+2H2OS+2H2SO4(浓)=加热=3SO2↑+2H2O2P+5H2SO4(浓)=加热=2H3PO4+5SO2↑+2H2O(3)跟其他还原性物质反应浓硫酸具有强氧化性,实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。H2S+H2SO4(稀)=S↓+SO2↑+2H2O2HBr+H2SO4(稀)=Br2↑+SO2↑+2H2O2HI+H2SO4(稀)=I2↑ +SO2↑+2H2O3.难挥发性(高沸点)制氯化氢、硝酸等(原理:高沸点酸制低沸点酸)如,用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体NaCl(固)+H2SO4(浓)═NaHSO4+HCl↑(常温)2NaCl(固)+H2SO4(浓)═加热═Na2SO4+2HCl↑(加热)Na2SO3+H2SO4═Na2SO4+H2O+SO2↑再如,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。酸性:制化肥,如氮肥、磷肥等2NH3+H2SO4═(NH4)2SO4Ca3(PO4)2+2H2SO4═2CaSO4+Ca(H2PO4)2稳定性:浓硫酸与亚硫酸盐反应Na2SO3+H2SO4═Na2SO4+H2O+SO2↑编辑本段稀硫酸化学性质化学性质1.可与多数金属(比铜活泼)氧化物反应,生成相应的硫酸盐和水2.可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应,生成相应的硫酸盐和弱酸;3.可与碱反应生成相应的硫酸盐和水;4.可与氢前金属在一定条件下反应,生成相应的硫酸盐和氢气;5.加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。6.强电解质,在水中发生电离H2SO4=2H+ + SO4 2-
2.溶解放热
浓硫酸溶解时放出大量的热,因此浓硫酸稀释时应该“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不断搅。”若将水倒入浓硫酸中,温度将达到173℃,导致酸液飞溅,造成安全隐患。 硫酸是一种无色黏稠油状液体,是一种高沸点难挥发的强酸,易溶于水,能以任意比与水混溶。[2]
3.共沸混合物
(熔点:10℃) 沸点:290℃(100%酸),沸点:338℃(98.3%酸) 但是100%的硫酸并不是最稳定的,沸腾时会分解一部分,变为98.3%的浓硫酸,成为338℃(硫酸水溶液的)共沸混合物。加热浓缩硫酸也只能最高达到98.3%的浓度。[2]
4.吸水性
它是良好的干燥剂。用以干燥酸性和中性气体,如CO₂,H₂,N₂,NO₂,HCl,SO₂等,不能干燥碱性气体,如NH3,以及常温下具有还原性的气体,如H2S。 吸水是物理变化过程 吸水性与脱水性有很大的不同:吸收原来就有游离态的水分子,水分子不能被束缚。 将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中,其质量将增加,密度将减小,浓度降低,体积变大,这是因为浓硫酸具有吸水性。[2]
浓硫酸化学性质
1.脱水性
脱水指浓硫酸脱去非游离态水分子或脱去有机物中氢氧元素的过程。 (1)脱水性简介 就硫酸而言,脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,浓硫酸有脱水性且脱水性很强。(按水的组成比脱去) (2)可被脱水的物质 物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程,反应时,浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比(2:1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子或脱去非游离态的结晶水,如五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)。 (3)炭化 可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物,其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物,被脱水后生成了黑色的炭。 C12H22O11=浓硫酸=12C+11H2O C+2H2SO4(浓)==CO2↑+2SO2↑+2H2O (4)黑面包反应 在200mL烧杯中放入20g蔗糖,加入几滴水,水加适量,搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸,迅速搅拌。观察实验现象。可以看到蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,形成疏松多孔的海绵状的炭,还会闻到刺激性气味气体。 C12H22O11=浓硫酸=12C+11H2O C+2H2SO4(浓)==CO2↑+2SO2↑+2H2O (5)络合反应 将SO3通入浓H2SO4中,则会有“发烟”现象。 H2SO4+SO3=H2S2O7(亦写为H2O·SO3·SO3)[2]
2.强氧化性
(1)跟金属反应 ①常温下浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。 ②加热时,浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应,生成高价金属硫酸盐,本身一般被还原成二氧化硫。 Cu+2H2SO4(浓)=加热=CuSO4+SO2↑+2H2O 2Fe+6H2SO4(浓)=加热=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O 在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。 (2)非金属反应 热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸,本身被还原为二氧化硫。在这类反应中,浓硫酸只表现出氧化性。 C+2H2SO4(浓)=加热=CO2↑+2SO2↑+2H2O S+2H2SO4 (浓)=加热=3SO2↑+2H2O 2P+5H2SO4 (浓)=加热=2H3PO4+5SO2↑+2H2O (3)跟其他还原性物质反应 浓硫酸具有强氧化性,实验室制取硫化氢、溴化氢、碘化氢等还原性气体不能选用浓硫酸。 H2S+H2SO4(稀)=S↓+SO2↑+2H2O 2HBr+H2SO4(稀)=Br2↑+SO2↑+2H2O 2HI+H2SO4(稀)=I2↓+SO2↑+2H2O
3.难挥发性
制氯化氢、硝酸等(原理:高沸点酸制低沸点酸)如,用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体 NaCl(固)+H2SO4 (浓)=NaHSO4+HCl↑(常温) 2NaCl(固)+ H2SO4 (浓)=加热=Na2SO4+2HCl↑(加热) 再如,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。 酸性:制化肥,如氮肥、磷肥等 2NH3+ H2SO4 =(NH4)2SO4 Ca3(PO4)2+2 H2SO4 =2CaSO4+Ca(H2PO4)2 稳定性:浓硫酸与亚硫酸盐反应 Na2SO3+ H2SO4 =Na2SO4+H2O+SO2↑[3]
4.强酸性
纯硫酸是无色油状液体,10.4°C时凝固。加热纯硫酸时,沸点290°C,并分解放出部分三氧化硫直至酸的浓度降到98.3%为止,这时硫酸为恒沸溶液,沸点338°C。无水硫酸体现酸性是给出质子的能力,纯硫酸仍然具有很强的酸性,98%硫酸与纯硫酸的酸性基本上没有差别,而溶解三氧化硫的发烟硫酸就是一种超酸体系了,酸性强于纯硫酸。 但是广泛存在一种误区——稀硫酸的酸性强于浓硫酸,这种想法是错误的。的确,稀硫酸第一步电离完全,产生大量的水合氢离子H3O;但是浓硫酸和水一样,自身自偶电离会产生一部分硫酸合氢离子H3SO4,正是这一部分硫酸合质子,就导致纯硫酸具有非常强的酸性,虽然少,但是酸性却要比水合质子强得多,所以纯硫酸的哈米特酸度函数高达-12.0。 纯硫酸是无色、粘稠,导电性能极高的油状液体,并不易挥发,但是加热沸腾前会产生大量的白雾状硫酸酸雾。纯硫酸是一种非常极性的液体,其介电系数大约为100。因为它分子与分子之间能够互相质子化对方,造成它极高的导电性,这是由于它发生自偶电离生成的两种离子所致,这个过程被称为质子自迁移。这种反应机理是和纯磷酸以及纯氢氟酸所同出一辙的。但纯硫酸达成这种反应平衡所需要的时间则比以上两者快得多,差不多是即时性的。 2H2SO4==H3SO4++HSO4- Kap(25°C)=[H3SO4+][HSO4-]=2.7×10^-4 在硫酸溶剂体系中,(H3SO4+)经常起酸的作用,能质子化很多物质产生离子型化合物:NaCl+ H2SO4→NaHSO4+HCl【不加热都能很快反应】 KNO3+ H2SO4→(K+)+(HSO4-)+HNO3 HNO3+ H2SO4→(NO2+)+(H3O+)+2(HSO4-) CH3COOH+ H2SO4→〔CH3C(OH)2+〕+(HSO4-) HSO3F+ H2SO4→(H3SO4+)+(SO3F-)【氟磺酸酸性更强】 上述与HNO3的反应所产生的(NO2+),有助于芳香烃的硝化反应。[3]
编辑本段稀硫酸化学性质
化学性质
1.可与多数金属(比铜活泼)和绝大多数金属氧化物反应,生成相应的硫酸盐和水 2.可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应,生成相应的硫酸盐和弱酸 3.可与碱反应生成相应的硫酸盐和水 4.可与氢前金属在一定条件下反应,生成相应的硫酸盐和氢气 5.加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。[3] 6.能与指示剂作用,使紫色石蕊试液变红,使无色酚酞试液不变色 (1)跟金属反应 ①常温下浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。 ②加热时,浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应,生成高价金属硫酸盐,本身一般被还原成二氧化硫Cu+2H2SO4(浓)=加热=CuSO4+SO2↑+2H2O 2Fe+6H2SO4(浓)=加热=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。 (2)非金属反应 热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸,本身被还原为二氧化硫。在这类反应中,浓硫酸只表现出氧化性。 C+2H2SO4(浓)=加热=CO2↑+2SO2↑+2H2O S+2H2SO4 (浓)=加热=3SO2↑+2H2O 2P+5H2SO4 (浓)=加热=2H3PO4+5SO2↑+2H2O (3)跟其他还原性物质反应 浓硫酸具有强氧化性,实验室制取硫化氢、溴化氢、碘化氢等还原性气体不能选用浓硫酸。 H2S+H2SO4(稀)=S↓+SO2↑+2H2O 2HBr+H2SO4(稀)=Br2↑+SO2↑+2H2O 2HI+H2SO4(稀)=I2↓+SO2↑+2H2O。
我国硫酸工业在工艺技术、产业规模、装备水平、环保水平、节能减排、资源综合利用等诸多方面取得了显著成绩。回首我国硫酸工业的发展历史,建国初期是硫酸工业发展的第一阶段。那时我国尚处于以硫铁矿制酸为主的基础筑造时期,也是在那时我国硫酸产业规模飞速跃进。1949年我国硫酸产量仅有4万吨,大部分硫酸厂处于停滞状态,经过三年的恢复建设后,我国的硫酸产量实现增长。在1949年~1978年的29年间,我国硫酸产量每年平均增长19.3%,1978年中国硫酸产量达到了661万吨,成为继美国和苏联之后的硫酸超级大国。
1978~1990年,强劲的需求驱动硫酸工业快速发展,我国硫酸产业规模成功跨入千万吨级时代。也是在这个时期,我国硫酸工业在不断发展过程中形成了具有自主开发创新能力的设计院、科研院所和大专院校,逐步建立起了一支成熟的硫酸生产队伍。同时,建设了一批装备先进、创新能力强的硫酸设备制造企业,这些都为硫酸工业发展奠定了基础。
1991~2003年间,我国硫酸工业先以硫铁矿制酸为主平稳增长,再以硫黄制酸和冶炼酸为主高速发展。正是在前期不断的发展与进步中,以及在硫黄制酸和冶炼酸的大力推动下,2003年我国硫酸总产量达到3370.7万吨,超越美国的3270万吨,跃居世界第一位,占到世界硫酸总产量的19.3%。
2004~2018年是我国硫酸行业推陈出新、稳固发展的15年。这一时期,我国硫酸产量继续高速增长,尤其是硫黄制酸和冶炼酸飞速发展。2018年硫黄制酸产量达到4432万吨,是2004年的2.7倍。在这一时期,得益于余热回收技术的推广,我国硫酸工业在绿色发展方面进步明显,获得了能源工厂的美誉。到2018年,硫铁矿制酸、硫黄制酸回收高中低温余热产中低压蒸汽8248万吨,相当于节约标煤1145万吨,减排二氧化碳3102万吨。2011~2018年,我国硫黄制酸和硫铁矿制酸回收余热产蒸汽8亿吨,相当于节约标煤1.1亿吨,减排二氧化碳2.8亿吨。
如今我国的硫酸工业正快步走向世界。根据海关统计,2018年我国累计出口硫酸128.1万吨,创下历史新高;净出口硫酸32.8万吨,首次成为硫酸净出口国。我国硫酸远销摩洛哥、智利、印度、菲律宾、印度尼西亚、纳米比亚、澳大利亚、巴西等国,为世界工业的发展作出贡献。
在产能方面,截至2019年年底,我国硫酸年产能达到1.24亿吨,较“十二五”末增长0.6%。2019年全国硫酸产量达到9736.3万吨,较“十二五”末增长0.7%,占世界硫酸总产量的37.6%,稳居世界第一位
因为硫酸的用途很多,特别是工业上的。
用于冶金工业和金属加工、
用于石油工业精炼汽油、润滑油等石油产品
此外还有氯碱工业、无机盐工业、炼焦化学工业、电镀业、制革业、颜料工业、橡胶工业、造纸工业、油漆工业、工业炸药和铅蓄电池制造业等
另外,农业上也需要硫酸。【详见百科词条“硫酸”】
因此,硫酸的消费量常被视为一个国家工业发展水平的标志
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硫酸转化流程是3+2。
对于硫酸的生产,原料为含硫物质,包括硫单质、硫化氢、含硫的金属矿物等。这些物质经过氧化得到二氧化硫,与空气混合后在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫。
三氧化硫经过浓硫酸吸收得到产品。这里最后一步吸收非常有意思,本来按照反应式(水和三氧化硫生成硫酸)可以使用水来吸收,但是由于水的蒸汽压太高,用水吸收会产生大量气相物质使吸收效率下降,因此用稀释过的浓硫酸来吸收。
物理性质
纯硫酸一般为无色油状液体,密度1.84 g/cm³,沸点337℃,能与水以任意比例互溶,同时放出大量的热,使水沸腾。加热到290℃时开始释放出三氧化硫,最终变成为98.54%的水溶液,在317℃时沸腾而成为共沸混合物。硫酸的沸点及粘度较高,是因为其分子内部的氢键较强的缘故。
以上内容参考:百度百科-硫酸
1.实验室用的一般是百分之98的浓硫酸,大部分硫酸是以分子形式存在,硫酸中+6价的硫表现出强氧化性,与金属反应都能把它们氧化成最高价。铁,铝等这些金属遇到浓硝酸,浓硫酸,会在表面形成致密的氧化膜,阻止内部的金属被腐蚀,故常温下可以用铁,铝来盛装浓硝酸,浓硫酸。
在浓硫酸中,H2SO4主要以分子状态存在,并不电离.
发生化学反应的时候,为高价硫表现氧化性.
所以,浓硫酸不能置换氢气,在与金属反映的时候,高价硫将被还原为4价硫,变成SO2气体.
2.稀硫酸中主要是H+表现弱氧化性,即使有氧化膜,氧化膜也会溶解,不能用活泼金属容器来装稀硫酸。
稀硫酸是水占大部分,硫酸占小部分,故浓度低.表现为H2SO4电离:
H2SO4==H+
+
HSO4-
HSO4-
==H+
+SO4
2-
因为H+带有正电荷,表现氧化性.
常见的置换氢气反应就是使用稀硫酸与金属反应.
此外,稀硫酸的电离是稀硫酸表现伟酸性(H+),为一种常见的强酸.
3.此外,浓硫酸具有脱水性
⑴就硫酸而言,脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,即浓硫酸有脱水性且脱水性很强。
⑵脱水性是浓硫酸的化学特性,物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程,反应时,浓硫酸按水分
子中氢氧原子数的比(2∶1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。
三酸二碱只代表无机化学工业而代表不了有机、精细化工,更代表不了化工之外其他的工业部门。所以不能单独用任何一种酸来衡量一个国家的工业水平。