Question

黃鐵礦（FeS₂）燃燒產(chǎn)生的SO₂通過下列工藝過程既能制得H₂SO₄，又能制得H₂．

（1）該過程中能循環(huán)利用的物質(zhì)為

 

．
（2）寫出反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

．
（3）某研究性學習小組欲探究SO₂能否與BaCl₂溶液反應(yīng)生成BaSO₃沉淀，進行如下實驗．
已知濃硫酸的沸點為338℃，加熱時酒精燈火焰的溫度為400℃～500℃．
①甲同學用裝置I（如圖）進行實驗，發(fā)現(xiàn)BaCl₂溶液中出現(xiàn)白色沉淀，且白色沉淀不溶于鹽酸，該實驗結(jié)論不能說明SO₂能與BaCl₂溶液發(fā)生反應(yīng)，請解釋生成該白色沉淀的兩種可能原因（用文字和離子方程式表示）：

 

，

 

；
②乙同學設(shè)計了裝置Ⅱ（夾持裝置和A的加熱裝置略去）進行實驗，發(fā)現(xiàn)C中沒有出現(xiàn)白色沉淀．

裝置Ⅱ改進了裝置I的四處不足，請?zhí)畋碚f明另外的三處．

改進的操作或裝置（注明必要的試劑）	改進的作用
使用分液漏斗滴加濃硫酸	控制反應(yīng)速率

（4）丙同學取乙同學實驗后的C中溶液少許，滴加一種無色溶液，產(chǎn)生不溶于鹽酸的白色沉淀，丙同學滴加的試劑可能是

 

（填字母序號）．
a．NaOH溶液    b．H₂O₂溶液    C．新制氯水   d．酸性KMnO₄溶液．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：在反應(yīng)器中SO₂、H₂O和I₂反應(yīng)生成生成HI和硫酸，在分離器中分離硫酸和HI，HI在膜反應(yīng)器中加熱分解生成單質(zhì)碘和氫氣；
（1）由工藝流程可知能循環(huán)利用的物質(zhì)為I₂；
（2）反應(yīng)器中SO₂、H₂O和I₂反應(yīng)生成生成HI和硫酸；
（3）①本小題首先抓住已知信息“濃硫酸的沸點為338℃，加熱時酒精燈火焰的溫度為400℃～500℃”，說明濃硫酸在溫度較高時也能揮發(fā)出H₂SO₄蒸氣，由于BaSO₃能夠溶于鹽酸，根據(jù)元素守恒可知該沉淀只能是BaSO₄，有可能一是揮發(fā)出的H₂SO₄提供的SO₄^2-與Ba²⁺反應(yīng)生成的，也有可能是溶液中溶解的氧氣與SO₂作用產(chǎn)生了硫酸，進而得到BaSO₄．
②氮氣性質(zhì)穩(wěn)定，通入氮氣可以排凈裝置中的空氣中的氧氣；為除去反應(yīng)中帶出的霧狀硫酸，可以將氣體通過NaHSO₃溶液；I中沒有尾氣處理裝置；
（4）乙實驗后的C中的溶液會溶有SO₂，題中不溶于鹽酸的白色沉淀應(yīng)是BaSO₄，所以要加一種氧化劑．

解答： 解：在反應(yīng)器中SO₂、H₂O和I₂反應(yīng)生成生成HI和硫酸，在分離器中分離硫酸和HI，HI在膜反應(yīng)器中加熱分解生成單質(zhì)碘和氫氣；
（1）由工藝流程可知能循環(huán)利用的物質(zhì)為I₂，故答案為：I₂；
（2）反應(yīng)器中SO₂、H₂O和I₂反應(yīng)生成生成HI和硫酸，其反應(yīng)的離子方程式為：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+2I^-+SO₄^2-，故答案為：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+2I^-+SO₄^2-；
（3）①本小題首先抓住已知信息“濃硫酸的沸點為338℃，加熱時酒精燈火焰的溫度為400℃～500℃”，說明濃硫酸在溫度較高時也能揮發(fā)出H₂SO₄蒸氣，由于BaSO₃能夠溶于鹽酸，根據(jù)元素守恒可知該沉淀只能是BaSO₄，有可能一是揮發(fā)出的H₂SO₄提供的SO₄^2-與Ba²⁺反應(yīng)生成BaSO₄：SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，也有可能是溶液中溶解的氧氣與SO₂作用產(chǎn)生了硫酸，進而得到BaSO₄：2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺；
故答案為：揮發(fā)出H₂SO₄蒸氣與氯化鋇溶液反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓；SO₂與氧氣在水溶液中反應(yīng)生成硫酸，硫酸與氯化鋇溶液反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺；
②根據(jù)裝置I的缺點，對比兩個裝置可知：實驗前先通入氮氣，能排凈裝置中的空氣中的氧氣，防止二氧化碳被氧化；為除去反應(yīng)中帶出的霧狀硫酸，可以將氣體通過NaHSO₃溶液；I中沒有尾氣處理裝置，II中導(dǎo)管末端連接硬質(zhì)玻璃管，插入盛氫氧化鈉溶液的燒杯中，可以吸收尾氣，同時防止倒吸，

改進的操作或裝置（注明必要的試劑）	改進的作用
使用分液漏斗滴加濃硫酸	控制反應(yīng)速率
實驗前向A中通入N2	排除裝置中的空氣
在A、C之間加一個盛有飽和亞硫酸氫鈉溶液的洗氣瓶	除去揮發(fā)出來的H2SO4蒸汽
導(dǎo)管末端連接硬質(zhì)玻璃管，插入盛氫氧化鈉溶液的燒杯中	吸收尾氣，同時防止倒吸

故答案為：

改進的操作或裝置（注明必要的試劑）	改進的作用
使用分液漏斗滴加濃硫酸	控制反應(yīng)速率
實驗前向A中通入N2	排除裝置中的空氣
在A、C之間加一個盛有飽和亞硫酸氫鈉溶液的洗氣瓶	除去揮發(fā)出來的H2SO4蒸汽
導(dǎo)管末端連接硬質(zhì)玻璃管，插入盛氫氧化鈉溶液的燒杯中	吸收尾氣，同時防止倒吸

；
（4）乙實驗后的C中的溶液會溶有SO₂，題中不溶于鹽酸的白色沉淀應(yīng)是BaSO₄，所以要加一種氧化劑，滴加的是一種無色溶液，則只能是H₂O₂溶液，新制氯水是黃綠色，酸性KmnO₄溶液是紫色；
故答案為：b．

點評：本題是以物質(zhì)的制備和研究SO₂的性質(zhì)為載體的實驗題，涉及制備流程的分析、離子方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的檢驗、實驗方案評價等，題目難度中等，側(cè)重于考查學生的實驗探究能力和靈活運用知識的能力．