Question

5．某學習小組依據反應：SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，設計制備磺酰氯（SO₂Cl₂）的裝置如圖，有關信息如表所示．  

	SO2Cl2	Cl2	SO2
熔點/℃	-54.1	-101	-72.4
沸點/℃	69.1	-34.6	-10
性質	遇水發生劇烈水解	/	/

（1）若用濃鹽酸與高錳酸鉀為原料制取Cl₂，則反應的離子方程式為2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-═2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O；
（2）B儀器的作用是使揮發的產物SO₂Cl₂冷凝回流；
（3）為了便于混合物的分離且提高反應物的轉化率，A裝置的反應條件最好選擇A；
A．冰水浴       B．常溫       C．加熱至69.1℃D．沸水浴
（4）實驗時先通入干燥的Cl₂將A裝置中的空氣趕走，再緩慢通入干燥的SO₂，即發生反應．充分反應后，繼續通入Cl₂使裝置中的SO₂進入燒杯中被吸收．分離產物后，向獲得的SO₂Cl₂中加水，出現白霧，振蕩、靜置得到無色溶液W．經分析SO₂Cl₂與H₂O反應屬于非氧化還原反應，寫出該反應的化學方程式SO₂Cl₂+2H₂O═H₂SO₄+2HCl；反應完成后，在W溶液、燒杯中分別滴加過量的BaCl₂溶液，均出現白色沉淀，此沉淀不溶于稀鹽酸，經過濾、洗滌、干燥，稱量得到的固體質量分別為X g、Y g．計算SO₂+Cl₂?SO₂Cl₂反應中，SO₂的轉化率為（用含X、Y的代數式表示）$\frac{x}{x+y}$×100%．

Answer 1

分析 （1）濃鹽酸與高錳酸鉀發生反應生成MnCl₂、KCl、Cl₂、H₂O；
（2）儀器B為冷凝管，起冷凝回流作用；
（3）正反應為放熱反應，降低溫度有利于SO₂Cl₂的生成，控制溫度使SO₂Cl₂為液態，與未反應是氯氣、二氧化硫分離；
（4）SO₂Cl₂遇水發生劇烈水解，且產生白霧，白霧是水解生成HCl與空氣中水蒸氣結合所致，則-SO₂-基團結合2個-OH生成H₂SO₄；
無色溶液W為HCl、H₂SO₄混合溶液，除含少量OH^-外，還含有Cl^-、SO₄^2-，W溶液中得到白色沉淀，是SO₂Cl₂水解生成H₂SO₄與BaCl₂溶液反應生成的BaSO₄，燒杯中白色沉淀是未反應的二氧化硫轉化為硫酸鈉，硫酸鈉與BaCl₂溶液反應生成的BaSO₄，根據S元素守恒計算參加反應的二氧化硫物質的量、通入的二氧化硫總物質的量，進而計算SO₂的轉化率．

解答 解：（1）濃鹽酸與高錳酸鉀發生反應生成MnCl₂、KCl、Cl₂、H₂O，反應的離子方程式為：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O；
（2）SO₂Cl₂沸點低、易揮發，儀器B為冷凝管，使揮發的產物SO₂Cl₂冷凝回流，
故答案為：使揮發的產物SO₂Cl₂冷凝回流；
（3）正反應為放熱反應，降低溫度有利于SO₂Cl₂的生成，控制溫度使SO₂Cl₂為液態，與未反應是氯氣、二氧化硫分離，故選擇冰水浴，
故答案為：A；
（4）SO₂Cl₂遇水發生劇烈水解，且產生白霧，白霧是水解生成HCl與空氣中水蒸氣結合所致，則-SO₂-基團結合2個-OH生成H₂SO₄，反應方程式為：SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl，W溶液中得到白色沉淀，是SO₂Cl₂水解生成H₂SO₄與BaCl₂溶液反應生成的BaSO₄，其物質的量為$\frac{X}{233}$mol，根據S元素守恒，參加反應的二氧化硫物質的量為$\frac{X}{233}$mol，燒杯中白色沉淀是未反應的二氧化硫轉化為硫酸鈉，硫酸鈉與BaCl₂溶液反應生成的BaSO₄，其物質的量為$\frac{Y}{233}$mol，故通入的二氧化硫總物質的量（$\frac{X}{233}$+$\frac{Y}{233}$）mol，則SO₂的轉化率為$\frac{\frac{X}{233}}{\frac{X}{233}+\frac{Y}{233}}$×100%=$\frac{x}{x+y}$×100%，
故答案為：SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl，$\frac{x}{x+y}$×100%．

點評 本題考查制備實驗方案，涉及化學方程式書寫、對裝置與操作的分析評價、離子檢驗、化學計算等，明確原理是解題關鍵，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．