Question

某校活動小組用下圖所示裝置及所給藥品（圖中夾持儀器已略去）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C中的濃硫酸含溶質m mol，假設氣體進入C和D時分別被完全吸收，且忽略裝置內空氣中的CO₂．

請回答下列問題：
（1）已知0.5molSO₂被O₂氧化成氣態SO₃，放出49.15kJ熱量，反應的熱化學方程式為______．
（2）實驗時A中氧氣導管冒出的氣泡與二氧化硫導管冒出的氣泡速率相近，其目的是______；裝置C中濃硫酸的作用為______．
（3）停止通入SO₂，熄滅酒精后，為使殘留在裝置中的SO₂、SO₃被充分吸收，操作方法是______．
（4）實驗結束后，稀釋裝置C中的溶液，并向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到的沉淀質量為ωg．若裝置D增加的質量為a g，則此條件下二氧化硫的轉化率是______（用含字母的代數表示，結果可不化簡）．

Answer 1

解：（1）已知0.5molSO₂被O₂氧化成氣態SO₃，放出49.15kJ熱量，則1molSO₂被O₂氧化成氣態SO₃，放出98.3kJ熱量，反應的熱化學方程式為SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1，故答案為：SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1；
（2）依據反應2SO₂+O₂?2SO₃可知，反應是可逆反應，A中氧氣導管冒出的氣泡與二氧化硫導管冒出的氣泡速率相近，說明氧氣對反應是過量的，促使平衡正向進行，可提高二氧化硫的轉化率；裝置C中濃硫酸的作用是吸收SO₃，故答案為：提高二氧化硫的轉化率；吸收SO₃；
（3）停止通入SO₂，熄滅酒精后，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C裝置中被濃硫酸吸收三氧化硫，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；
（4）加入足量氯化鋇生成沉淀為硫酸鋇，實驗結束后，稀釋裝置C中的溶液，C中是硫酸，并向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到的沉淀質量為ωg判斷為硫酸鋇沉淀；若裝置D增加的質量為a g，是剩余的二氧化硫的質量；氣體進入C和D時分別被完全吸收，且忽略裝置內空氣中的CO₂；依據SO₂～SO₃～H₂SO₄～BaSO₄；根據反應關系計算反應的硫酸物質的量=硫酸鋇物質的量=mol；已知C中的濃硫酸含溶質m mol，因此，反應生成硫酸的二氧化硫物質的量=（-m）mol；剩余二氧化硫物質的量=mol；所以二氧化硫的轉化率=×100%，
故答案為：×100%．
分析：（1）依據熱化學方程式的書寫方法寫出，按照熱化學方程式二氧化硫的系數，計算得到放熱數值，標注物質聚集狀態；
（2）依據二氧化硫和氧氣反應生成三氧化硫是化學平衡，為提高二氧化硫轉化率，氧氣量略過量促進平衡正向進行；依據裝置圖分析C是吸收生成的三氧化硫生成硫酸的裝置；
（3）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C裝置中被濃硫酸吸收三氧化硫，二氧化硫趕入D裝置中被氫氧化鈉溶液吸收；
（4）C中是硫酸，加入足量氯化鋇生成沉淀為硫酸鋇，已知C中的濃硫酸含溶質m mol，氣體進入C和D時分別被完全吸收，且忽略裝置內空氣中的CO₂；依據硫元素守恒計算得到反應生成的二氧化硫物質的量，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．
點評：本題考查了工業制硫酸的反應原理應用，熱化學方程式的書寫方法，化學平衡的影響因素，反應過程中的物質變化計算，實驗過程中裝置的應用，題目難度中等．