Question

4．某學(xué)習(xí)小組依據(jù)反應(yīng)：SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，設(shè)計(jì)制備磺酰氯（SO₂Cl₂）的裝置如圖，有關(guān)信息如右表所示．

	SO2Cl2	Cl2	SO2
熔點(diǎn)/℃	-54.1	-101	-72.4
沸點(diǎn)/℃	69.1	-34.6	-10
性質(zhì)	遇水發(fā)生 劇烈水解

（1）若用濃鹽酸與二氧化錳為原料制取Cl₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）B儀器的作用是防止水蒸氣進(jìn)入A裝置（引起SO₂Cl₂水解）．
（3）為了便于混合物的分離且提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，A裝置的反應(yīng)條件最好選擇a．
a．冰水浴         b．常溫         c．加熱至69.1℃
（4）如果通入的Cl₂或SO₂含有水蒸氣，氯氣和二氧化硫可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl．
（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)先通入干燥的Cl₂將A裝置中的空氣趕走，再緩慢通入干燥的SO₂，即發(fā)生反應(yīng)．充分反應(yīng)后，繼續(xù)通入Cl₂使裝置中的SO₂進(jìn)入燒杯中被吸收．分離產(chǎn)物后，向獲得的SO₂Cl₂中加水，出現(xiàn)白霧，振蕩、靜置得到無(wú)色溶液W．
①經(jīng)分析SO₂Cl₂與H₂O反應(yīng)屬于非氧化還原反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式．
②無(wú)色溶液W中的陰離子除含少量OH^-外，還含有其它兩種陰離子，檢驗(yàn)溶液W中這兩種陰離子方法是取少量W溶液于試管中，加入過量Ba（NO₃）₂溶液，有不溶于稀硝酸的白色沉淀產(chǎn)生，說明溶液中含有SO₄^2-．
③反應(yīng)完成后，在W溶液、燒杯中分別滴加過量的BaCl₂溶液，均出現(xiàn)白色沉淀，此沉淀不溶于稀鹽酸，經(jīng)過濾、洗滌、干燥，稱量得到的固體質(zhì)量分別為Xg、Yg．
計(jì)算SO₂+Cl₂?SO₂Cl₂反應(yīng)中，SO₂的轉(zhuǎn)化率（用含X、Y的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）若用濃鹽酸與二氧化錳為原料制取Cl₂，濃鹽酸與二氧化錳在加熱條件下反應(yīng)生成MnCl₂、Cl₂、H₂O；
（2）磺酰氯（SO₂Cl₂）易水解，無(wú)水CaCl₂，具有吸水作用，防止水蒸氣進(jìn)入三頸燒瓶；
（3）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度有利于SO₂Cl₂的生成，控制溫度使SO₂Cl₂為液態(tài)，與未反應(yīng)是氯氣、二氧化硫分離；
（4）如果Cl₂或SO₂含有水蒸氣，氯氣和二氧化硫、水反應(yīng)生成HCl與硫酸；
（5）①SO₂Cl₂遇水發(fā)生劇烈水解，且產(chǎn)生白霧，白霧是水解生成HCl與空氣中水蒸氣結(jié)合所致，則-SO₂-基團(tuán)結(jié)合2個(gè)-OH生成H₂SO₄；
②無(wú)色溶液W為HCl、H₂SO₄混合溶液，除含少量OH^-外，還含有Cl^-、SO₄^2-，先用Ba（NO₃）₂溶液檢驗(yàn)SO₄^2-，過濾后，滴加HNO₃酸化，再加入AgNO₃溶液檢驗(yàn)有Cl^-；
③W溶液中得到白色沉淀，是SO₂Cl₂水解生成H₂SO₄與BaCl₂溶液反應(yīng)生成的BaSO₄，燒杯中白色沉淀是未反應(yīng)的二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鈉，硫酸鈉與BaCl₂溶液反應(yīng)生成的BaSO₄，根據(jù)S元素守恒計(jì)算參加反應(yīng)的二氧化硫物質(zhì)的量、通入的二氧化硫總物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算SO₂的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）濃鹽酸與二氧化錳反應(yīng)生成二氯化錳和氯氣和水，方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）磺酰氯（SO₂Cl₂）易水解，防止燒杯中的水蒸氣進(jìn)入三頸燒瓶引起SO₂Cl₂水解，C儀器裝的藥品是無(wú)水CaCl₂吸水干燥，
故答案為：防止水蒸氣進(jìn)入A裝置（引起SO₂Cl₂水解）；
（3）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度有利于SO₂Cl₂的生成，控制溫度使SO₂Cl₂為液態(tài)，與未反應(yīng)是氯氣、二氧化硫分離，故選擇冷水浴，
故答案為：a；
（4）如果Cl₂或SO₂含有水蒸氣，氯氣和二氧化硫、水反應(yīng)生成HCl與硫酸，反應(yīng)方程式為：SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl，
故答案為：SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl；
（5）①SO₂Cl₂遇水發(fā)生劇烈水解，且產(chǎn)生白霧，白霧是水解生成HCl與空氣中水蒸氣結(jié)合所致，則-SO₂-基團(tuán)結(jié)合2個(gè)-OH生成H₂SO₄，反應(yīng)方程式為：SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl，
故答案為：SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl；
②無(wú)色溶液W為HCl、H₂SO₄混合溶液，除含少量OH^-外，還含有Cl^-、SO₄^2-，檢驗(yàn)二者的方法為：取少量W溶液于試管中，加入過量Ba（NO₃）₂溶液，有不溶于稀硝酸的白色沉淀產(chǎn)生，說明溶液中含有SO₄^2-，過濾，向?yàn)V液中滴加HNO₃酸化，再加入AgNO₃溶液，產(chǎn)生白色沉淀，則說明溶液中有Cl^-，
故答案為：取少量W溶液于試管中，加入過量Ba（NO₃）₂溶液，有不溶于稀硝酸的白色沉淀產(chǎn)生，說明溶液中含有SO₄^2-；
③W溶液中得到白色沉淀，是SO₂Cl₂水解生成H₂SO₄與BaCl₂溶液反應(yīng)生成的BaSO₄，其物質(zhì)的量為$\frac{X}{233}$mol，根據(jù)S元素守恒，參加反應(yīng)的二氧化硫物質(zhì)的量為$\frac{X}{233}$mol，燒杯中白色沉淀是未反應(yīng)的二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鈉，硫酸鈉與BaCl₂溶液反應(yīng)生成的BaSO₄，其物質(zhì)的量為$\frac{Y}{233}$mol，故通入的二氧化硫總物質(zhì)的量為（$\frac{X}{233}$+$\frac{Y}{233}$）mol，
則SO₂的轉(zhuǎn)化率為為[$\frac{Y}{233}$mol÷（$\frac{X}{233}$+$\frac{Y}{233}$）mol]×100%=$\frac{X}{X+Y}$×100%，
故答案為：$\frac{X}{X+Y}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案，涉及化學(xué)方程式書寫、對(duì)裝置與操作的分析評(píng)價(jià)、離子檢驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算等，明確原理是解題關(guān)鍵，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．