Question

10．實驗室用下列裝置探究SO₂的性質并測定SO₂轉化為SO₃的轉化率．已知：SO₃熔點為16.8℃，沸點為44.8℃，且遇水劇列反應．

（1）儀器a的名稱是分液漏斗．
（2）裝置A的作用除將氣體充分混合、干燥氣體外，還能通過觀察氣泡以便控制O₂和SO₂的流速．
（3）I和II連接可驗證SO₂的性質．
①裝置B中現象是溶液由紫色變為紅色；裝置C中的現象體現了SO₂的氧化性．
②經驗證D瓶中的溶液能使品紅試液褪色．請用最簡單的方法檢驗D瓶中含有SO₂還是含有氯水：取褪色后的溶液加熱，若溶液變紅，則溶液中含有二氧化硫，否則含有氯水．
（4）I和Ⅲ連接可測定SO₂的轉化率．
①當停止通入SO₂，熄滅酒精燈后需繼續通一段時間的O₂，目的是使殘留在裝置中的SO₂和SO₃被充分吸收．
②有同學認為，裝置G中盛放的溶液可用下列試劑bc代替更環保（填序號）．
a．足量BaC1₂溶液b．足量Ba（OH）₂溶液c．足量FeC1₃和BaC1₂的混合液d．足量NaHSO₃溶液
③實驗結束后，若裝置F增加的質量為mg，裝置G中產生白色沉淀的質量為ng，則此條件下，SO₂的轉化率為$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}×100%$（用含字母的代數式表示，不用化簡）．

Answer 1

分析 （1）根據圖示可知，儀器a為分液漏斗；
（2）二氧化硫、儀器不溶于濃硫酸，也不與濃硫酸反應，在裝置A中會產生氣泡，根據產生氣泡速度可以控制O₂和SO₂的流速；
（3）①二氧化硫為酸性氧化物，能夠使紫色石蕊試液變紅；裝置C中的氫硫酸與二氧化硫反應生成硫單質，體現了二氧化硫的氧化性；
②二氧化硫的漂白性是暫時的，加熱后會恢復原色，而氯水的漂白是永久的，據此設計檢驗方案；
（4）①二氧化硫和三氧化硫是大氣的污染物，需要用氧氣將裝置中二氧化硫和三氧化硫排出，從而被完全吸收；
②裝置G的作用是吸收二氧化硫，聯系二氧化硫的化學性質對各選項進行判斷；
③三氧化硫的熔沸點降低，所以二氧化硫和三氧化硫的混合氣體通過裝置F后，三氧化硫變成固體，即裝置F增加的mg為反應后生成的三氧化硫的質量，根據n=$\frac{m}{M}$計算出三氧化硫的物質的量，從而得出被氧化的二氧化硫的物質的量；
裝置G中二氧化硫與硝酸鋇反應生成硫酸鋇沉淀，產生的ng白色沉淀為硫酸鋇，根據n=$\frac{m}{M}$計算出生成硫酸鋇的物質的量，根據S原子守恒可知反應后剩余二氧化硫的物質的量，然后計算出二氧化硫的轉化率．

解答 解：（1）裝置圖中，充分濃硫酸的儀器a的名稱為分液漏斗，故答案為：分液漏斗；
（2）裝置A中盛放的是濃硫酸，可以將氣體充分混合、并干燥氣體，另外還可以根據產生氣泡速度控制通入的氧氣和二氧化硫的流速，通過觀察氣泡以便控制O₂和SO₂的流速，
故答案為：通過觀察氣泡以便控制O₂和SO₂的流速；
（3）①裝置B中盛放的是石蕊試液，二氧化硫溶于水生成弱酸亞硫酸，導致石蕊試液由紫色變為紅色；裝置C中盛放的是飽和硫化氫氣體，硫化氫能夠與二氧化硫反應生成S單質，該反應中二氧化硫化合價降低被還原，表現了氧化性，
故答案為：溶液由紫色變為紅色；氧化；
②經驗證D瓶中的溶液能使品紅試液褪色，二氧化硫的漂白性是暫時的、不穩定的，加熱后會褪色，而氯氣的漂白利用的是次氯酸的強氧化性，氯水的漂白是永久的，所以檢驗D瓶中含有SO₂還是含有氯水的方法為：取褪色后的溶液加熱，若溶液變紅，則溶液中含有二氧化硫，否則含有氯水，
故答案為：取褪色后的溶液加熱，若溶液變紅，則溶液中含有二氧化硫，否則含有氯水；
（4）①使殘留在裝置中的SO₂和SO₃被充分吸收，故答案為：使殘留在裝置中的SO₂和SO₃被充分吸收；
②裝置G的作用是吸收并測定SO₂，避免造成空氣污染，但是反應中會生成有毒的NO，
a．足量BaC1₂溶液：氯化鋇溶液不與二氧化硫反應，不能用氯化鋇溶液代替硝酸鋇，故a錯誤；
b．足量Ba（OH）₂溶液能夠與二氧化硫反應，可以用氫氧化鋇溶液吸收二氧化硫，反應中沒有有毒氣體生成，故b正確；
c．鐵離子能夠將二氧化硫氧化成硫酸，硫酸與氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀，所以可用足量FeC1₃和BaC1₂的混合液代替硝酸鋇溶液，反應中不會生成有毒氣體，故c正確；
d．足量NaHSO₃溶液：亞硫酸氫鈉溶液不與二氧化硫反應，無法代替裝置G，故d錯誤；
故答案為：bc；
③由于三氧化硫的熔沸點降低，所以二氧化硫和三氧化硫的混合氣體通過裝置F后，三氧化硫變成固體，即裝置F增加的mg為反應后生成的三氧化硫的質量，則反應生成的三氧化硫的物質的量為：$\frac{mg}{80g/mol}$=$\frac{m}{80}$mol，所以反應中被氧化的二氧化硫為$\frac{m}{80}$mol，
裝置G中二氧化硫與硝酸鋇反應生成硫酸鋇沉淀，產生的ng白色沉淀為硫酸鋇，生成硫酸鋇的物質的量為：$\frac{ng}{233g/mol}$=$\frac{n}{233}$mol，根據S原子守恒，反應后剩余二氧化硫的物質的量為$\frac{n}{233}$mol，所以二氧化硫的轉化率為：$\frac{\frac{m}{80}mol}{\frac{m}{80}mol+\frac{n}{233}mol}$×100%=$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}×100%$，
故答案為：$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}×100%$．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計，題目難度中等，明確二氧化硫的性質及實驗目的為解答關鍵，注意掌握性質實驗方案設計與評價的原則，（4）②為難點、易錯點，需要明確裝置中質量變化的含義，試題培養了學生的分析能力及化學實驗能力．