Question

4．某化學(xué)興趣小組的同學(xué)為模擬工業(yè)制造硫酸的生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，請(qǐng)根據(jù)要求回答問(wèn)題：

（1）裝置A用來(lái)制取氧氣，寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（2）燃燒爐內(nèi)放一定量黃鐵礦粉末，在高溫條件下和A裝置制出的氧氣充分反應(yīng)，其化學(xué)方程式為
4FeS₂+11O₂$\underline{\underline{高溫}}$2Fe₂O₃+8SO₂，在該反應(yīng)中O₂做氧化劑，若消耗了12gFeS₂有1.1mol電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移；
（3）C裝置為凈化裝置，若無(wú)該裝置，將混合氣體直接通入D裝置，除對(duì)設(shè)備有腐蝕外，還會(huì)造成的后果是催化劑中毒；
（4）如果D裝置的溫度是400℃～500℃，在常壓下生成0.1molSO₃，可放出9.83kJ的熱量，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式2SO₃（g）+O₂（g）=2SO₂（g）△H=-196.6KJ/mol，并回答在工業(yè)中不采取加壓措施的原因反應(yīng)常壓下二氧化硫轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，增大壓強(qiáng)二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大不多，且對(duì)設(shè)備要求高；
（5）為檢驗(yàn)從接觸室出來(lái)的氣體成分，甲同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：

①A中盛放的試劑是BaCl₂溶液；
②B中盛放98.3%濃硫酸的作用是除SO₃氣體，乙同學(xué)提出可用飽和NaHSO₃溶液代替98.3%的濃硫酸，請(qǐng)你判斷乙同學(xué)的方案不可行（填“可行”或“不可行”），說(shuō)明理由SO₃與NaHSO₃反應(yīng)生成SO₂，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾；
③C中盛放的試劑是酸性KMnO₄溶液或溴水，其作用是檢驗(yàn)并吸收SO₂．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)室制取氧氣常用方法有：①2KClO₃$\frac{\underline{催化劑}}{△}$KCl+3O₂↑、②2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑、③2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、④2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，①和②的裝置采用固體+固體$\stackrel{△}{→}$氣體的典型裝置，③和④的裝置采用固體+液體→氣體的典型裝置．
（2）化學(xué)反應(yīng)中元素化合價(jià)降低的物質(zhì)做氧化劑；
（3）從沸騰爐中出來(lái)的成分為SO₂、O₂、N₂、水蒸氣、灰塵、砷硒化合物等；
（4）如果D裝置的溫度是400℃～500℃，在常壓下生成0.1molSO₃，可放出9.83kJ的熱量，則生成2molSO₃放熱196.6KJ，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式，二氧化硫催化氧化為三氧化硫的反應(yīng)在常壓下轉(zhuǎn)化率很高，增大壓強(qiáng)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大不大；
（5）從接觸室出來(lái)的氣體成分SO₂、O₂、N₂、SO₃，從實(shí)驗(yàn)裝置分析，主要是為了檢驗(yàn)SO₂、SO₃氣體，SO₃氣體可溶解與濃硫酸中，所以裝置B采用98.3%的濃硫酸目的是除去SO₃氣體的，則SO₃氣體的檢驗(yàn)只能在裝置A中進(jìn)行，SO₂氣體的檢驗(yàn)吸收則在裝置C中進(jìn)行，選用高錳酸鉀溶液或溴水溶液．

解答 解（1）實(shí)驗(yàn)室制取氧氣常用方法有：①2KClO₃$\frac{\underline{催化劑}}{△}$KCl+3O₂↑、②2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑、③2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、④2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，①和②的裝置采用固體+固體$\stackrel{加熱}{→}$氣體的典型裝置，③和④的裝置采用固體+液體→氣體的典型裝置，裝置A中錐形瓶盛放固體、分液漏斗盛放液體，所以裝置A符合固體+液體→氣體的典型裝置，
可以采用2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑反應(yīng)原理制取氧氣．
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（2）沸騰爐中黃鐵礦與氧氣的反應(yīng)為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂ ，元素化合價(jià)降低的做氧化劑，氧元素化合價(jià)0價(jià)變化為-2價(jià)，氧氣做氧化劑，鐵元素和硫元素化合價(jià)升高做還原劑，硫元素化合價(jià)-1價(jià)變化為+4價(jià)，鐵元素化合價(jià)+2價(jià)變化為+3價(jià)，反應(yīng)4molFeS₂電子轉(zhuǎn)移44mol，若消耗了12gFeS₂物質(zhì)的量=$\frac{12g}{120g/mol}$=0.1mol，則電子轉(zhuǎn)移1.1mol，
故答案為：O₂；1.1；
（3）從沸騰爐中出來(lái)的成分為SO₂、O₂、N₂、水蒸氣、灰塵、砷硒化合物等，C裝置為凈化裝置，若無(wú)該裝置，將混合氣體直接通入D裝置，除對(duì)設(shè)備有腐蝕外，還會(huì)造成的后果是，砷硒化合物能導(dǎo)致催化劑失去催化活性，所以在進(jìn)入接觸室前要除去水蒸氣、灰塵、砷硒化合物，
故答案為：催化劑中毒；
（4）如果D裝置的溫度是400℃～500℃，在常壓下生成0.1molSO₃，可放出9.83kJ的熱量，則生成2molSO₃放熱196.6KJ，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式，反應(yīng)常壓下二氧化硫轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，增大壓強(qiáng)二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大不多，且對(duì)設(shè)備要求高，所以工業(yè)中不采取加壓措施，
故答案為：2SO₃（g）+O₂（g）=2SO₂（g）△H=-196.6KJ/mol；反應(yīng)常壓下二氧化硫轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，增大壓強(qiáng)二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大不多，且對(duì)設(shè)備要求高；
（5）從接觸室出來(lái)的氣體成分SO₂、O₂、N₂、SO₃，從實(shí)驗(yàn)裝置分析，主要是為了檢驗(yàn)SO₂、SO₃氣體，SO₃氣體可溶解與濃硫酸中，所以裝置B采用98.3%的濃硫酸目的是除去SO₃氣體的，則SO₃氣體的檢驗(yàn)只能在裝置A中進(jìn)行，SO₂氣體的檢驗(yàn)則在裝置C中進(jìn)行．
①SO₃氣體的檢驗(yàn)利用BaCl₂溶液，BaCl₂溶液可與SO₃氣體反應(yīng)：BaCl₂+SO₃+H₂O═BaSO₄↓+2HCl，而B(niǎo)aCl₂溶液不與SO₂氣體反應(yīng)，所以觀察到裝置A中出現(xiàn)白色沉淀，則可確定氣體中含有SO₃氣體，
故答案為：BaCl₂溶液；
②裝置B采用98.3%的濃硫酸目的是除去SO₃氣體，如果采用飽和NaHSO₃溶液代替98.3%的濃硫酸，則飽和NaHSO₃溶液既可吸收SO₃氣體，反應(yīng)方程式為：2NaHSO₃+SO₃═Na₂SO₄+2SO₂↑+H₂O，該反應(yīng)生成SO₂氣體，會(huì)影響后面裝置C中SO₂氣體的檢驗(yàn)，
故答案為：除去SO₃氣體；不可行；SO₃與NaHSO₃反應(yīng)生成SO₂，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾；
③SO₂氣體的檢驗(yàn)利用品紅溶液或溴水或酸性KMnO₄溶液等，SO₂氣體可使品紅溶液的紅色褪色，再加熱又恢復(fù)紅色；SO₂氣體可使溴水的橙色褪色，反應(yīng)為：SO₂+Br₂+2H₂O═H₂SO₄+2HBr，SO₂氣體可使酸性KMnO₄溶液紫色褪色，反應(yīng)為：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄；
故答案為：酸性KMnO₄溶液或溴水；檢驗(yàn)并吸收SO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查計(jì)算能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，要求較高，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)作依托，尤其是檢驗(yàn)從接觸室出來(lái)的氣體成分需要有對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用和遷移能力，題目難度中等．