Question

【題目】硫酸是一種重要的化工原料，也是實驗室中常用的化學(xué)試劑。某興趣小組對硫酸的性質(zhì)、制取、用途等方面的探究，請你共同參與并回答有關(guān)問題。

（探究一）硫酸的性質(zhì)

（1）如圖1將足量的稀硫酸分別加入A～E五只燒杯中。無現(xiàn)象的是_____________（填序號）。

（2）燒杯C中的現(xiàn)象是紅色褪去，反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)是什么呢？（無色酚酞不考慮）

（猜想）猜想一：只有Na2SO4 ； 猜想二：有_________________；

（3）為了驗證猜想，小組同學(xué)取燒杯中的溶液，并選用老師提供的pH試紙、BaC12溶液、Na2CO3溶液，分別進行如下三組探究實驗。

實驗方案	測溶液pH	滴加Na2CO3溶液	滴加BaCl2溶液
實驗操作
實驗現(xiàn)象	試紙變色，比照比色卡，pH＜7	____________	產(chǎn)生白色沉淀
實驗結(jié)論	溶液中有H2SO4	溶液中有H2SO4	溶液中有H2SO4

（得出結(jié)論）通過探究，小組同學(xué)一致確定猜想二是正確的。

（評價反思）老師指出上述三個實驗探究中存在兩處明顯錯誤，請大家反思。同學(xué)們經(jīng)過反思發(fā)現(xiàn)了這兩處錯誤：

①實驗操作中明顯的一處錯誤是_________________________________________；

②實驗探究方案中也有一個是不合理的，不合理的原因是____________________________。

（探究二）硫酸的工業(yè)制法

工業(yè)上以黃鐵礦（主要成分是FeS2）為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程如圖所示，其中沸騰爐內(nèi)發(fā)生的主

要反應(yīng)是：

（1）接觸室中發(fā)生的化學(xué)方程式為_________________________________________。

（2）接觸室中的SO2平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關(guān)系如下圖所示，催化劑活性與溫度的關(guān)系如圖所示。在實際生產(chǎn)中，SO2催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓和450℃（對應(yīng)圖中A點），而沒有選擇SO2轉(zhuǎn)化率更高的C點對應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因是___________________________________。

（探究三）探究某黃鐵礦中FeS2的含量。

（查閱資料）

（實驗探究）Ⅰ稱取1.60g黃鐵礦樣品放入如圖所示裝置（夾持裝置省略）的石英管中，從a處不斷地緩緩?fù)ㄈ肟諝�、高溫灼燒石英管中的黃鐵礦樣品至完全反應(yīng)（同工業(yè)上沸騰爐內(nèi)的反應(yīng)）。

Ⅱ反應(yīng)結(jié)束后，將乙瓶中的溶液進行如下圖處理。

（問題討論）I中裝置甲瓶內(nèi)盛放的試劑是氫氧化鈉溶液，其作用是_____________________。

（含量測定）計算該黃鐵礦中FeS2的質(zhì)量分數(shù)為_______________。（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】A Na2SO4和H2SO4 產(chǎn)生氣泡 pH試紙直接伸入了待測液 硫酸與氫氧化鈉反應(yīng)的生成物Na2SO4也會與氯化鋇生成白色沉淀 C點對應(yīng)的溫度低，催化劑活性低，反應(yīng)速率也慢 收空氣中的二氧化碳，防止干擾實驗 75%

【解析】

探究一：硫酸的性質(zhì)

（1）如圖1所示將足量的稀硫酸分別加入A～E五只燒杯中。A燒杯中無明顯現(xiàn)象，因為銅的活動性順序位于金屬活動性順序表氫之后，與稀硫酸不反應(yīng)；B燒杯中鎂條表面產(chǎn)生氣泡，因為鎂活動性順序位于金屬活動性順序表氫之前，與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鎂和氫氣；C燒杯滴有酚酞的氫氧化鈉溶液為紅色，加入稀硫酸，硫酸與氫氧化鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和水，硫酸鈉溶液呈中性，溶液會由紅色變?yōu)闊o色；D燒杯中碳酸氫鈉與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉、二氧化碳和水，產(chǎn)生氣泡；E燒杯中氧化鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，紅色固體消失，溶液變?yōu)辄S色；綜上所述無現(xiàn)象的是A。

（2）燒杯C中硫酸與氫氧化鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和水，硫酸鈉溶液呈中性，硫酸溶液為酸性，均不會使酚酞試劑變色，由題意實驗的現(xiàn)象是紅色褪去，則可能硫酸與氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)，也有可能硫酸過量，因此在不考慮酚酞的情況下，反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)可能有兩種情況：①只有硫酸鈉；②硫酸鈉和硫酸。則猜想二為：有Na2SO4和H2SO4

（3）由題意得出的結(jié)論為猜想二是正確的，即反應(yīng)后的溶液中有硫酸鈉和硫酸，表格所示的第二個實驗方案中向反應(yīng)后的溶液中滴加Na2CO3溶液，硫酸鈉與碳酸鈉不會反應(yīng)，碳酸鈉與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉、二氧化碳和水，因此實驗現(xiàn)象是產(chǎn)生氣泡；

評價反思：

根據(jù)表格中所示三個試驗方案可知，三個實驗探究中存在兩處明顯錯誤

①測定溶液的pH值時，應(yīng)該將pH試紙放在表面皿或玻璃片上，再用玻璃棒蘸取待測液點在pH試紙上，待變色之后與標(biāo)準(zhǔn)試紙進行比較，因此實驗操作中明顯的一處錯誤是第一個實驗方案，將pH試紙直接伸入了待測液的操作錯誤；

②由于反應(yīng)后的溶液中既含有硫酸鈉又含有硫酸，硫酸鈉與氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇白色沉淀和氯化鈉，硫酸與氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇白色沉淀和氯化氫，因此不能通過滴加BaCl2溶液來判斷溶液中是否含有硫酸，因此實驗探究的第三個方案中是不合理的，不合理的原因是硫酸與氫氧化鈉反應(yīng)的生成物Na2SO4也會與氯化鋇生成白色沉淀。

探究二：硫酸的工業(yè)制法

（1）根據(jù)工藝流程圖可知接觸室中二氧化硫和氧氣在催化劑的作用下反應(yīng)生成三氧化硫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

（2）根據(jù)SO2平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關(guān)系圖和催化劑活性與溫度的關(guān)系圖可知在實際生產(chǎn)中，SO2催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓和450℃（對應(yīng)圖中A點），而沒有選擇SO2轉(zhuǎn)化率更高的C點對應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因是C點溫度低，催化劑的活性低，反應(yīng)速率慢。

探究三：探究某黃鐵礦中FeS2的含量。

問題討論：實驗探究Ⅰ，如圖所示在石英管中黃鐵礦樣品與空氣中的氧氣在高溫下反應(yīng)生成二氧化硫，從a處不斷地緩緩?fù)ㄈ肟諝�，提供氧氣參與反應(yīng)，同時通過氣流導(dǎo)出生成的二氧化硫，乙裝置過量的氫氧化鈉溶液可以吸收生成的二氧化硫，氫氧化鈉和二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水；由于空氣中存在二氧化碳，二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉和水，若不除去空氣中的二氧化碳，乙裝置中會產(chǎn)生碳酸鈉的雜質(zhì)，因此I中裝置甲瓶內(nèi)盛放的試劑是氫氧化鈉溶液，其作用是收空氣中的二氧化碳，防止干擾實驗。

Ⅱ、如流程圖所示乙瓶中的亞硫酸鈉加入雙氧水，亞硫酸鈉與過氧化氫反應(yīng)生成硫酸鈉和水，再加入過量的氯化鋇溶液，硫酸鈉和氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀和氯化鈉，過濾后最終得到的4.66g固體即為硫酸鋇。 根據(jù)反應(yīng)過程、、、 可知黃鐵礦中的硫元素最終全部轉(zhuǎn)到硫酸鋇中，根據(jù)硫元素守恒可知黃鐵礦中的硫元素的質(zhì)量為

則黃鐵礦中FeS2的質(zhì)量為

則黃鐵礦中FeS2的質(zhì)量分數(shù)為

答：黃鐵礦中FeS2的質(zhì)量分數(shù)為75%。