Question

利用如圖所示裝置（夾持裝置已略去）模擬工業生產SO₂催化氧化反應，以探究反應產物，并測定此條件下二氧化硫的轉化率．實驗時，裝置D錐形瓶中溶液產生白色沉淀，裝置E中溶液褪色．

（1）裝置D使用冰水浴的作用是

 

．
（2）在實驗過程中應持續不斷通入O₂的原因是

 

．
（3）為達到實驗目的D中錐形瓶盛放的溶液應該是

 

．
A．足量澄清石灰水      B．足量小蘇打溶液
C．足量的氯化鋇溶液    D．足量硝酸鋇溶液
（4）若D中錐形瓶盛放的是足量氯化鋇和硝酸的混合溶液，發現瓶中除生成白色沉淀外還有紅棕色氣體產生，則在溶液中發生反應的離子方程式是

 

（5）若裝置F中有40mL 2.5mol/L NaOH溶液，反應后增重4.8g，則裝置F中發生總反應的化學方程式是

 

（6）若從錐形瓶溶液中得到的沉淀質量為mg，要測定該條件下二氧化硫的轉化率，實驗時還需要測定的數據是

 

．
A．裝置F增加的質量ag
B．裝置A中亞硫酸鈉減少的質量bg
C．裝置B增加的質量cg
D．裝置E增加的質量dg
此條件下二氧化硫的轉化率是

 

．（列式表示）．

Answer 1

分析：（1）裝置Ⅱ的作用是冷卻裝置，避免三氧化硫在被溶液吸收時產生大量的酸霧；
（2）二氧化硫與氧氣的反應為可逆反應，增大氧氣濃度可以提高二氧化硫的轉化率；不斷通入氧氣，可以將反應裝置中的二氧化硫和三氧化硫被后面的裝置吸收；
（3）裝置D的作用是吸收混合氣體中的三氧化硫，不能使二氧化硫參與反應，據此進行分析合理的試劑；
（4）硝酸能夠將二氧化硫氧化成硫酸根離子，硫酸根離子與鋇離子反應生成硫酸鋇沉淀，同時有一氧化氮氣體產生，據此寫出反應的離子方程式；
（5）若裝置F中有40mL 2.5mol?L^-1NaOH溶液，反應后增重4.8g，吸收的為二氧化硫氣體，依據反應方程式及二氧化硫氫氧化鈉物質的量進行分析判斷生成產物，然后寫出反應的化學方程式即可；
（6）若計算二氧化硫的轉化率，需要知道生成的三氧化硫的物質的量和反應前二氧化硫的物質的量或反應后剩余的二氧化硫的物質的量，據此進行分析；根據選擇的數據及題中已知數據計算出二氧化硫的轉化率．

解答：解：（1）裝置Ⅱ的冰水能夠降低反應體系的溫度，避免三氧化硫在與裝置D中的溶液反應時生成酸霧，影響吸收效果，
故答案為：降低反應體系溫度，防止大量酸霧產生；
（2）增大反應物氧氣的濃度，可以通過二氧化硫的轉化率，且通過不斷通入氧氣，可以將裝置中的三氧化硫和二氧化硫驅趕到后面的裝置中，以便被充分吸收，
故答案為：增大二氧化硫的轉化率，使三氧化硫、二氧化硫充分被后續裝置吸收；
（3）A．澄清石灰水能夠與二氧化硫反應，無法達到測定三氧化硫的目的，故A錯誤；  
B．足量小蘇打溶液，亞硫酸的酸性大于碳酸，二氧化硫能夠與碳酸氫鈉溶液反應，無法滿足測定三氧化硫合理的目的，故B錯誤；
C．足量的氯化鋇溶液，二氧化硫不與氯化鋇溶液反應，而三氧化硫能夠與氯化鋇溶液反應生成硫酸鋇沉淀，可以沉淀三氧化硫的含量，故C正確；    
D．足量硝酸鋇溶液，二氧化硫能夠與硝酸鋇溶液反應生成硫酸鋇沉淀，無法達到沉淀三氧化硫的目的，故D錯誤；
故選：C；
（4）生成白色沉淀為硫酸鋇、紅棕色氣體為一氧化氮與氧氣反應生成的二氧化氮，發生反應的離子方程式為：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-═3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案為：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-═3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺；
（5）若n（SO₂）：n（NaOH）=1：2反應按照反應：SO₂+2NaOH═Na₂SO₃+H₂O；若n（SO₂）：n（NaOH）=1：1，反應按照反應SO₂+NaOH═NaHSO₃；裝置Ⅳ中有40mL 2.5mol?L^-1 NaOH溶液中n（NaOH）=0.1mol，n（SO₂）=

4.8g

64g/mol

=0.075mol；n（SO₂）：n（NaOH）=0.075：0.1=3：4，所以生成產物為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉；
設生成亞硫酸鈉xmol、亞硫酸氫鈉ymol，
則：

x+y=0.075 2x+y=0.1

，解得：

x=0.025 y=0.05

，
即n（Na₂SO₃）：n（NaHSO₃）=1：2，
所以反應的化學方程式為：3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O，
故答案為：3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O；
（6）若從錐形瓶溶液中得到的沉淀質量為mg，則mg為硫酸鋇沉淀，n（BaSO₄）=n（SO₃）=

m

233

mol，已經知道轉化了的二氧化硫，只要再告訴反應前的二氧化硫的物質的量或者反應后的二氧化硫的物質的量，就可以計算出二氧化硫的轉化率，所以實驗時還需要測定的數據為B或者AD，
若裝置A中亞硫酸鈉減少的質量bg，則生成的二氧化硫的物質的量為：n（Na₂SO₃）=n（SO₂）

b

126

mol，二氧化硫的轉化率為：

m 233

b 126

×100%；
若知道裝置F增加的質量ag、裝置E增加的質量dg，則剩余的二氧化硫的物質的量為：

a+d

64

mol，二氧化硫的轉化率為：

m 233

m 233 + a+d 64

×100%，
故答案為：B或AD；

m 233

b 126

×100%或

m 233

m 233 + a+d 64

×100%．

點評：本題考查了二氧化硫性質應用和實驗驗證，實驗設計的步驟和實驗方案的確定應根據題干要求分析判斷，關鍵是讀懂題干信息，依據題干條件計算判斷，題目難度較大．