Question

6．實驗室中，用如圖1所示裝置及所給藥品（圖中部分夾持儀器已略去）探究工業制硫酸接觸室中的反應，并測定此條件下二氧化硫的轉化率．已知SO₃熔點為16.8℃，假設氣體進入裝置時分別被完全吸收，且忽略裝置內空氣中的CO₂．

（1）請寫出發生裝置制SO₂化學方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑．
（2）根據實驗目的，請從圖2中選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ處合適的裝置，將其序號填入空格中：裝置ⅠB，裝置ⅡA，裝置ⅢD．
（3）開始進行實驗時，首先應進行的操作是檢查裝置的氣密性．
（4）加熱硬質玻璃管時，若不斷升高溫度，SO₂的轉化率會減小（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（5）停止通入SO₂，熄滅酒精燈后，為使殘留在裝置中的SO₂、SO₃被充分吸收，操作方法是繼續通入氧氣一段時間．
（6）實驗結束后，若裝置Ⅱ增加的質量為b g，裝置Ⅲ增加的質量為a g，則此條件下二氧化硫的轉化率是$\frac{4b}{4b+5a}$×100%（用含字母的代數表示）．

Answer 1

分析 （1）實驗室利用濃硫酸和亞硫酸鈉反應生成硫酸鈉、二氧化硫和水，據此可寫出反應方程式；
（2）可以用濃硫酸來干燥二氧化硫氣體；SO₃的熔點是16，8℃，較低，可以用冰水來獲得三氧化硫，Ⅲ中為吸水和尾氣處理；
（3）氣體的制備及性質實驗中需要檢查裝置的氣密性；
（4）根據（1）中的熱化學方程式，升溫平衡向逆反應方向進行判斷；
（5）為使殘留在裝置中的SO₂、SO₃被充分吸收，用氧氣把裝置中的二氧化硫和三氧化硫趕到A裝置中吸收三氧化硫，二氧化硫趕入D裝置中被氫氧化鈉溶液吸收；
（6）依據硫元素守恒計算得到反應生成的三氧化硫物質的量，和剩余二氧化硫被氫氧化鈉吸收的物質的量，根據轉化率概念計算得到．

解答 解：（1）利用濃硫酸和亞硫酸鈉固體反應制備二氧化硫反應方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，故答案為：Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑；
（2）Ⅰ裝置必須要對二氧化硫進行干燥，可以用濃硫酸來干燥二氧化硫氣體；SO₃的熔點是16，8℃，可以用冰水來獲得三氧化硫；未反應掉的二氧化硫對空氣會產生污染，Ⅲ中應該加氫氧化鈉溶液尾氣處理裝置，故答案為：B；A；D；
（3）實驗前，必須進行的操作是檢查裝置的氣密性，故答案為：檢查裝置的氣密性；
（4）根據（1）中的熱化學方程式，升溫平衡向逆反應方向進行，所以SO₂的轉化率會減小，故答案為：減小；
（5）為使殘留在裝置中的SO₂、SO₃被充分吸收，用氧氣把裝置中的二氧化硫和三氧化硫趕到A裝置中吸收三氧化硫，二氧化硫趕入D裝置中被氫氧化鈉溶液吸收，
故答案為：繼續通入氧氣一段時間；
（6）已知Ⅱ增加的質量為b g即三氧化硫的質量，因此，反應生成三氧化硫的二氧化硫物質的量=$\frac{bg}{80g/mol}$；裝置Ⅲ增加的質量為a g即被氫氧化鈉吸收的剩余二氧化硫物質的質量，因此，剩余的二氧化硫物質的量=$\frac{ag}{64g/mol}$；所以二氧化硫的轉化率=$\frac{\frac{b}{80}}{\frac{b}{80}+\frac{a}{60}}$×100%=$\frac{4b}{4b+5a}$×100%，故答案為：$\frac{4b}{4b+5a}$×100%．

點評 本題考查二氧化硫的性質、化學平衡的影響因素、計算以及化學方程式的書寫等知識，綜合性較強，題目難度較大，考查學生分析和解決問題的能力，側重實驗及計算能力的考查．