Question

6．SO₂的防治與利用對于環(huán)境保護(hù)意義重大．某小組在實驗室中對SO₂的性質(zhì)及回收利用等相關(guān)問題進(jìn)行探究．
（1）用圖1裝置制備純凈的SO₂，發(fā)生裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHSO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或NaHSO₃+H₂SO₄═NaHSO₄+H₂O+SO₂↑，裝置的連接順序為：a→b→c→g→f→d（按氣流方向，用小寫字母表示）．

（2）用圖2裝置探究SO₂的性質(zhì)．限選試劑：NaOH溶液、稀H₂SO₄、H₂O₂溶液、FeCl₃溶液、淀粉-KI溶液、新制H₂S溶液

操作步驟	實驗現(xiàn)象	解釋原因
用注射器將新制H2S溶液注入充滿SO2的燒瓶	產(chǎn)生乳白色渾濁	+4價S有①氧化性
用注射器將 ②FeCl3溶液溶液注入充滿SO2的燒瓶	③溶液由棕黃色變成淺綠色	+4價S有還原性，反應(yīng)的離子方程式為④2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+

（3）工業(yè)上回收利用SO₂的一種途徑是：SO₂$→_{步驟Ⅰ}^{氨水}$（NH₄）₂SO₃$→_{步驟Ⅱ}^{空氣}$（NH₄）₂SO₄，
該小組在實驗室探究步驟Ⅱ時，一定條件下向100mL c₀mol•L^-1的（NH₄）₂SO₃溶液通入空氣后，欲測定溶液中（NH₄）₂SO₃的氧化率（α）．
①為該小組設(shè)計實驗方案（不必描述操作過程的細(xì)節(jié)，物理量的數(shù)值用字母表示）：
方案1：取20.00mL反應(yīng)后的溶液于錐形瓶中，用濃度為Cmol/L酸性高錳酸鉀溶液滴定，重復(fù)滴定三次，平均消耗高錳酸鉀的體積為VmL；方案2：向反應(yīng)后的溶液中加入過量的鹽酸，再加入足量的氯化鋇溶液，將沉淀過濾、洗滌、干燥、稱量，質(zhì)量為mg．
②α=$\frac{8{C}_{0}-CV}{8{C}_{0}}$或$\frac{m}{23.3{C}_{0}}$×100%（用實驗方案中的物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）亞硫酸的酸性弱于硫酸，用圖1裝置制備純凈的SO₂，NaHSO₃與濃H₂SO₄反應(yīng)，生成硫酸鈉或硫酸氫鈉、水、二氧化硫；從溶液中制取二氧化硫，制取的二氧化硫中含有水蒸氣，需用濃硫酸進(jìn)行干燥，收集采用向上排空氣法收集，二氧化硫為有毒的氣體，是大氣污染物，需進(jìn)行尾氣處理，據(jù)此分析選擇裝置的連接順序；
（2）①硫化氫和二氧化硫會發(fā)生價態(tài)歸中反應(yīng)生成硫單質(zhì)，所以產(chǎn)生乳白色渾濁，二氧化硫中+4價的硫降低為0價，說明二氧化硫中+4價的硫具有氧化性；
②說明+4價的硫具有還原性，需與氧化性的物質(zhì)反應(yīng)，需在提供的試劑中選擇氧化劑，可選擇氯化鐵，+3價的鐵具有氧化性，氯化鐵為棕黃色溶液，氯化亞鐵為淺綠色溶液，據(jù)此分析解答；
（3）通過測定溶液中亞硫酸根離子、硫酸根離子的量來測定溶液中（NH₄）₂SO₃的氧化率（α），方案1測定溶液中亞硫酸根離子的量，方案2測定溶液中硫酸根離子的量．

解答 解：（1）亞硫酸的酸性弱于硫酸，NaHSO₃與濃H₂SO₄反應(yīng)，生成硫酸鈉或硫酸氫鈉、水、二氧化硫，該反應(yīng)方程式為：2NaHSO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或NaHSO₃+H₂SO₄═NaHSO₄+H₂O+SO₂↑，從溶液中制取二氧化硫，制取的二氧化硫中含有水蒸氣，二氧化硫為酸性氣體，可用濃硫酸進(jìn)行干燥，所以a→b，二氧化硫密度大于空氣，收集采用向上排空氣法收集，需長管進(jìn)，短管出，所以c→g，二氧化硫為有毒的氣體，是大氣污染物，需進(jìn)行尾氣處理，用堿石灰吸收，所以f→d；
故答案為：2NaHSO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或NaHSO₃+H₂SO₄═NaHSO₄+H₂O+SO₂↑；b→c→g→f→d；
（2）①氧化還原反應(yīng)中元素化合價降低的元素具有氧化性，化合價升高的元素具有還原性，硫化氫和二氧化硫反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：2H₂S+SO₂=3S↓+2H₂O，二氧化硫中+4價的硫降低為0價，說明二氧化硫中+4價的硫具有氧化性，硫化氫中-2價的硫升高為0價，具有還原性，兩者發(fā)生價態(tài)歸中反應(yīng)生成硫單質(zhì)，所以產(chǎn)生乳白色渾濁，
故答案為：氧化；
②說明+4價的硫具有還原性，需與氧化性的物質(zhì)反應(yīng)，需在提供的試劑中選擇氧化劑，可選擇氯化鐵，+3價的鐵具有氧化性，鐵離子與二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)，發(fā)生2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，氯化鐵為棕黃色溶液，氯化亞鐵為淺綠色溶液，可觀察到溶液由黃色變淺綠色，
故答案為：FeCl₃溶液；溶液由棕黃色變成淺綠色；2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（3）方案1：測定溶液中亞硫酸根離子的量，取20.00mL反應(yīng)后的溶液于錐形瓶中，用濃度為Cmol/L酸性高錳酸鉀溶液滴定，5SO₃^2-+6H⁺+2MnO₄^-=5SO₄^2-+2Mn²⁺+3H₂O，重復(fù)滴定三次，平均消耗高錳酸鉀的體積為VmL，剩余的亞硫酸根離子的物質(zhì)的量為：$\frac{5}{2}$（CV×10^-3）mol，則氧化率（α）=$\frac{20×1{0}^{-3}{C}_{0}-x}{20×1{0}^{-3}{C}_{0}}=\frac{8{C}_{0}-CV}{8{C}_{0}}$，
方案2：測定溶液中硫酸根離子的量，向反應(yīng)后的溶液中加入過量的鹽酸，先將剩余的亞硫酸根離子除掉，再加入足量的氯化鋇溶液，生成硫酸鋇沉淀，將沉淀過濾、洗滌、干燥、稱量，質(zhì)量為mg．則氧化率（α）=$\frac{m}{233•0.1{C}_{0}}$=$\frac{m}{23.3{C}_{0}}$．
故答案為：方案1：取20.00mL反應(yīng)后的溶液于錐形瓶中，用濃度為Cmol/L酸性高錳酸鉀溶液滴定，重復(fù)滴定三次，平均消耗高錳酸鉀的體積為VmL；方案2：向反應(yīng)后的溶液中加入過量的鹽酸，再加入足量的氯化鋇溶液，將沉淀過濾、洗滌、干燥、稱量，質(zhì)量為mg．；$\frac{8{C}_{0}-CV}{8{C}_{0}}$或$\frac{m}{23.3{C}_{0}}$．

點評 本題考查了二氧化硫的實驗室制備和性質(zhì)的檢驗，明確制備原理和各儀器作用、二氧化硫的性質(zhì)是解題關(guān)鍵，注意二氧化硫的還原性、氧化性，題目難度中等，試題培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>