Question

17．實驗室制取SO₂的反應原理為Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O．請用下列裝置設計一個實驗，以測定SO₂轉化為SO₃的轉化率（已知SO₃，熔點16.8℃，沸點44.8℃）．

（1）這些裝置的連接順序（按氣體從左到右的方向）是：a→h→i→b→c→f→g→d（填各接口的編號）．
（2）從乙處均勻通入O₂，為使SO₂有較高的轉化率，實驗時Ⅰ處滴入濃硫酸與Ⅱ處加熱催化劑的先后順序是先加熱V₂O₅，后緩緩滴入濃硫酸．
（3）寫出Ⅱ中發生反應的化學方程式2SO₂+O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃．
（4）在Ⅰ處用大火加熱燒瓶時，SO₂的轉化率會減小（填“增大”、“不變”或“減小”），Ⅳ處觀察到的現象是有無色（或白色）晶體（或固體）生成．
（5）用n mol Na₂SO₃粉末與足量濃硫酸進行此實驗，當反應結束時，繼續通入O₂一段時間后，稱得Ⅲ處增重m g，則本實驗中SO₂的轉化率為$\frac{64n-m}{64n}$×100%．

Answer 1

分析 （1）因從溶液中反應生成氣體中混有水蒸氣，所以產生的氣體首先經過干燥裝置Ⅲ，然后再進行二氧化硫氣體的催化氧化即經過裝置Ⅱ，然后是收集S0₃，S0₃的熔點是16.8℃，沸點是44.8℃，所以選擇裝置Ⅳ進行冷卻，使三氧化硫與二氧化硫分離，最后在Ⅴ中吸收未反應的SO₂，依據各裝置作用排序：裝置Ⅰ為氣體發生裝置，裝置Ⅱ為二氧化硫催化氧化裝置，裝置Ⅲ為尾氣吸收裝置，裝置Ⅳ為收集裝置，裝置Ⅴ干燥裝置；
（2）反應在加熱條件下進行，為保證充分反應，應先加熱；
（3）Ⅱ中發生反應二氧化硫的催化氧化生成三氧化硫；
（4）大火加熱，生成二氧化硫較快，不能充分反應；生成三氧化硫，經冷卻可得到晶體；
（5）二氧化硫的轉化率=$\frac{二氧化硫變化量}{二氧化硫起始量}$×100%，根據硫元素守恒結合三氧化硫的量確定二氧化硫的變化量．

解答 解：（1）因從溶液中反應生成氣體中混有水蒸氣，所以產生的氣體首先經過干燥裝置Ⅲ，然后再進行二氧化硫氣體的催化氧化即經過裝置Ⅱ，然后是收集S0₃，S0₃的熔點是16.8℃，沸點是44.8℃，所以選擇裝置Ⅳ進行冷卻，使三氧化硫與二氧化硫分離，最后在Ⅴ中吸收未反應的SO₂，要制備二氧化硫并檢驗二氧化硫的性質、收集二氧化硫，依次用到的裝置為：Ⅰ氣體發生裝置，Ⅴ干燥裝置，Ⅱ為二氧化硫催化氧化裝置，Ⅳ收集裝置，Ⅲ尾氣吸收裝置，所以正確的順序為：a h i b c f g d；
故答案為：a h i b c f g d；
（2）為保證產生的二氧化硫盡可能多的轉化為三氧化硫，應先加熱V₂O₅，后緩緩滴入濃硫酸，
故答案為：先加熱V₂O₅，后緩緩滴入濃硫酸；
（3）Ⅱ中發生反應的化學方程式：2SO₂+O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，故答案為：2SO₂+O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃；
（4）大火加熱，生成二氧化硫較快，不能充分反應，則轉化率減小，裝置IV處是用來冷卻三氧化硫氣體，使之變成液態或固態，從而收集得到三氧化硫，所以可以在Ⅳ處看到有無色（或白色）晶體（或固體）生成，
故答案為：減小；有無色（或白色）晶體（或固體）生成；
（5）n mol Na₂SO₃粉末與足量濃硫酸反應生成nmol二氧化硫，當反應結束時，Ⅲ處增重的部分為未反應的二氧化硫，則轉化了的二氧化硫的質量為：64n-m，所以實驗中SO₂的轉化率=$\frac{64n-m}{64n}$×100%，
故答案為：$\frac{64n-m}{64n}$×100%．

點評 本題考查物質的性質探究以及轉化率的測定，把握實驗的原理、物質的性質是解題關鍵，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，題目難度中等．