Question

6．某高中化學實驗興趣小組設計如下實驗方案，探究SO₂的制備及相關性質實驗，實驗裝置如圖所示：
請回答下列問題：

（1）裝置B的作用是防倒吸（或安全瓶）． 反應過程中圓底燒瓶內的溶液中有一種白色固體析出，為了證明該物質常采用的實驗操作及現象為：將溶液冷卻后，把反應后的混合物慢慢倒入盛有少量水的另一支試管里觀察溶液的顏色，待實驗完成、圓底燒瓶冷卻后，若固體溶解，溶液變藍，則白色固體為硫酸銅．
（2）設計裝置C的目的是驗證SO₂的還原性，裝置C中發生反應的離子方程式是SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-；．裝置D中NaOH全部轉化為NaHSO₃的標志是溶液由紅色變為無色．
（3）向NaHSO₃溶液中加入NaClO溶液時，反應有三種可能的情況：
I．NaHSO₃和NaClO恰好反應；Ⅱ．NaClO不足；Ⅲ．NaClO過量
甲同學通過下列實驗確定該反應屬于哪一種情況，請完成表：

序號	實驗操作	預期現象及結論
①	取上述混合溶液于試管A中，加入少量CaCO3固體，充分振蕩．	若固體溶解，產生氣泡，則Ⅰ或Ⅱ成立．
②	繼續向試管A中滴加溴水，充分振蕩．	若溶液褪色，結合步驟①，則Ⅱ成立；若溶液不褪色，結合步驟①，則Ⅰ成立
③	另取上述混合溶液于試管B中，滴加幾滴淀粉KI溶液，充分振蕩．	溶液變為藍色，則Ⅲ成立．

（4）請設計簡單實驗方案證明：室溫下HSO₃^-的電離平衡常數K_a與水解平衡常數K_h的相對大小：常溫下，用pH試紙（或pH計）測定NaHS0₃溶液的pH，若pH＜7，則Ka＞Kb，若pH＞7，則Ka＜Kb．

Answer 1

分析 由圖可知，A中發生Cu與濃硫酸的反應生成二氧化硫，B作安全瓶，可防止倒吸，C中發生SO₂+Br₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，D中NaOH溶液吸收尾氣，
（1）B儀器可防止倒吸；反應的溶液中有一種白色固體析出，為了證明該物質常采用的實驗方法為將溶液冷卻后，把反應后的混合物慢慢倒入盛有少量水的另一支試管里觀察溶液的顏色，若固體溶解，溶液變藍，則白色固體為硫酸銅，
（2）C中發生的反應中S元素的化合價升高，則設計裝置C的目的是驗證SO₂的還原性，裝置C中發生反應的離子方程式是SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-．裝置D中NaOH全部轉化為NaHSO₃時堿性降低，裝置D中NaOH全部轉化為NaHSO₃的標志是溶液由紅色變為無色；
（3）向NaHSO₃溶液中加入NaClO溶液時，反應有I．NaHSO₃和NaClO恰好反應：NaHSO₃+NaClO=NaHSO₄+NaCl；Ⅱ．NaClO不足：2NaHSO₃+NaClO=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O+NaCl；Ⅲ．NaClO過量：NaHSO₃+NaClO=Na₂SO₄+NaCl+HClO；
①取上述混合溶液于試管A中，加入少量CaCO₃固體，充分振蕩．若固體溶解，產生氣泡，則Ⅰ或Ⅱ成立；
②繼續向試管A中滴加溴水，充分振蕩，若溶液褪色，結合步驟①，則Ⅱ成立；若溶液不褪色，結合步驟①，則Ⅰ成立
③另取上述混合溶液于試管B中，滴加幾滴淀粉KI溶液，充分振蕩．HClO可氧化KI；2HClO+2KI=I₂+KCl+KClO+H₂O，溶液變為藍色，則Ⅲ成立；
（4）電離顯酸性，水解顯堿性，則測定pH即可．

解答 解：由圖可知，A中發生Cu與濃硫酸的反應生成二氧化硫，B作安全瓶，可防止倒吸，C中發生SO₂+Br₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，D中NaOH溶液吸收尾氣，
（1）裝置B的作用是防倒吸（或安全瓶），反應的溶液中有一種白色固體析出，為了證明該物質常采用的實驗方法為將溶液冷卻后，把反應后的混合物慢慢倒入盛有少量水的另一支試管里觀察溶液的顏色，若溶液變藍，則白色固體為硫酸銅，故答案為：防倒吸（或安全瓶）；將溶液冷卻后，把反應后的混合物慢慢倒入盛有少量水的另一支試管里觀察溶液的顏色，若固體溶解，溶液變藍，則白色固體為硫酸銅；
（2）C中發生的反應中S元素的化合價升高，則設計裝置C的目的是驗證SO₂的還原性，裝置C中發生反應的離子方程式是SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-．裝置D中NaOH全部轉化為NaHSO₃時堿性降低，裝置D中NaOH全部轉化為NaHSO₃的標志是溶液由紅色變為無色，故答案為：還原；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-；溶液由紅色變為無色；
（3）向NaHSO₃溶液中加入NaClO溶液時，反應有I．NaHSO₃和NaClO恰好反應：NaHSO₃+NaClO=NaHSO₄+NaCl；Ⅱ．NaClO不足：2NaHSO₃+NaClO=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O+NaCl；Ⅲ．NaClO過量：NaHSO₃+NaClO=Na₂SO₄+NaCl+HClO；

序號	實驗操作	預期現象及結論
①	取上述混合溶液于試管A中，加入少量CaCO3固體，充分振蕩．	若固體溶解，產生氣泡，則Ⅰ或Ⅱ成立．
②	繼續向試管A中滴加溴水，充分振蕩．	若溶液褪色，結合步驟①，則Ⅱ成立；若溶液不褪色，結合步驟①，則Ⅰ成立
③	另取上述混合溶液于試管B中，滴加幾滴淀粉KI溶液，充分振蕩．	溶液變為藍色，則Ⅲ成立．

故答案為：①若固體溶解，產生氣泡；②溴水；③溶液變為藍色；
（4）電離顯酸性，水解顯堿性，則測定pH即可，則設計實驗為常溫下，用pH試紙（或pH計）測定NaHS0₃溶液的pH，若pH＜7，則Ka＞Kb，若pH＞7，則Ka＜Kb，
故答案為：常溫下，用pH試紙（或pH計）測定NaHS0₃溶液的pH，若pH＜7，則Ka＞Kb，若pH＞7，則Ka＜Kb．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，為高頻考點，把握制備實驗裝置、原理、物質的性質及反應為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，題目難度中等．