Question

【題目】某研究小組同學(xué)為探究鋅與硫酸反應(yīng)生成SO2、H2的臨界濃度(濃硫酸能與鋅反應(yīng)生成SO2的最低濃度)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。在大試管A中加入100mL 18mol/L硫酸，向連接在塑料棒上的多孔塑料球內(nèi)加入足量的鋅粒(塑料棒可以上下移動(dòng))，在試劑瓶D中加入足量的濃NaOH溶液(加熱和夾持裝置已省略)。

已知：鋅與濃硫酸接觸，開始時(shí)反應(yīng)緩慢，可以適當(dāng)加熱以加速其反應(yīng)，當(dāng)有大量氣泡生成時(shí)，該反應(yīng)速率會(huì)明顯加快并伴有大量的熱放出。

(1)請(qǐng)寫出鋅與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生SO2的化學(xué)方程式_______。

(2)在組裝儀器之后，加入試劑之前必須進(jìn)行的操作是__________。

(3)長(zhǎng)導(dǎo)管B的作用是______，如果沒有這個(gè)設(shè)計(jì)，最終測(cè)定的臨界濃度會(huì)_______。(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)

(4)裝置中干燥管C的作用是_______。

(5)反應(yīng)結(jié)束后向D裝置中加入足量的H2O2溶液和足量的BaCl2溶液，充分反應(yīng)后將所得沉淀過濾、洗滌、干燥、稱量得到固體質(zhì)量為a克，則濃硫酸與鋅反應(yīng)的臨界濃度為：_________mol/L。(用含a的計(jì)算式表示，忽略體積變化)

(6)某同學(xué)通過聯(lián)系氧化還原反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，認(rèn)為也可以利用硫酸酸化的高錳酸鉀溶液對(duì)D中的SO進(jìn)行滴定，通過滴定出的SO的物質(zhì)的量計(jì)算臨界濃度，你認(rèn)為他的這一想法是否可行?______(填“可行”或“不可行”)，原因是_____。

Answer 1

【答案】Zn+2H2SO4(濃)=ZnSO4+SO2↑+2H2O 檢驗(yàn)裝置氣密性 導(dǎo)氣、冷凝回流 偏低 防倒吸 不可行 實(shí)驗(yàn)過程中不能保證得到的Na2SO3溶液是否會(huì)被空氣中的氧氣氧化變質(zhì)，造成滴定結(jié)果不準(zhǔn)確

【解析】

本實(shí)驗(yàn)的目的是探究鋅與硫酸反應(yīng)生成SO2、H2的臨界濃度(濃硫酸能與鋅反應(yīng)生成SO2的最低濃度)，濃硫酸在與Zn反應(yīng)過程中，先表現(xiàn)S元素的氧化性，此時(shí)的還原產(chǎn)物為SO2，之后硫酸變稀反應(yīng)生成H2；將生成的SO2在裝置D中用足量的NaOH溶液吸收，然后向D裝置中加入足量的H2O2溶液將S元素全部氧化為SO，之后加入足量的氯化鋇溶液得到BaSO4沉淀，通過測(cè)定硫酸鋇沉淀的量來確定與Zn反應(yīng)生成SO2消耗的硫酸的量，從而確定剩余硫酸的濃度，即臨界濃度。

(1)根據(jù)電子守恒和元素守恒可得鋅與濃硫酸反應(yīng)生成SO2的化學(xué)方程式為Zn+2H2SO4(濃)=ZnSO4+SO2↑+2H2O；

(2)在組裝儀器之后，加入試劑之前必須進(jìn)行的操作是檢驗(yàn)裝置的氣密性，防止漏氣；

(3)反應(yīng)過程中會(huì)發(fā)出大量的熱，造成水的揮發(fā)，使硫酸的濃度增大，與鋅反應(yīng)生成二氧化硫的硫酸偏多，造成測(cè)定的臨界濃度偏小，所以需要長(zhǎng)導(dǎo)管導(dǎo)氣同時(shí)冷凝回流水蒸氣；

(4)二氧化硫易溶于NaOH溶液，所以需要裝置C來防止倒吸；

(5)得到的沉淀為BaSO4，n(SO2)=n(BaSO4)=mol，根據(jù)反應(yīng)方程式可知與Zn反應(yīng)生成SO2所消耗的硫酸的物質(zhì)的量為mol，原濃硫酸體積為100mL，濃度為18mol/L，所以剩余的硫酸的物質(zhì)的量為(1.8-)mol，濃度為mol/L；

(6)實(shí)驗(yàn)過程中不能保證得到的Na2SO3溶液是否會(huì)被空氣中的氧氣氧化變質(zhì)，造成滴定結(jié)果不準(zhǔn)確，所以該同學(xué)的想法不可行。