Question

15．实验室常用亚硫酸钠固体和70%的浓硫酸制备SO₂气体，反应方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，请设计一套实验装置，收集一试管干燥的SO₂气体．
（1）在下面方框中，A表示由分液漏斗和锥形瓶组成的气体发生器，请在答题卡上的A后完成该反应的实验装置示意图（夹持装置、连接胶管不必画出，尾气处理部分必须画出，需要加热的仪器下方用△标出），按气流方向在每件仪器下方标出字母B、C…；其它可选用的仪器（数量不限）简易表示如下：
（2）根据方框中的装置图甲，在答题卡上填写下表（可不填满） 

仪器标号	仪器中所加物质	作用
A	亚硫酸钠、浓硫酸	产生SO2

（3）某实验小组用如图乙装置测定收集到的气体中SO₂的含量，反应管中装有酸性高猛酸钾溶液．
①SO₂和酸性高猛酸钾溶液发生反应的离子方程式为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺．
②反应管内溶液紫红色消失后，若没有及时停止通气，则测得的SO₂含量偏低（选填：“偏高”、“偏低”或“无影响”）
③若酸性高猛酸钾溶液体积为V₁mL，浓度为cmol/L，量气管内增加的水的体积为V₂mL（已折算成标准状况下的体积）．用c、V₁、V₂表示SO₂的体积百分含量为=$\frac{56{V}_{1}c}{56{V}_{1}c+V{\;}_{2}}$×100%．

Answer 1

分析 （1）制备气体的一般装置：发生装置、净化装置、收集装置，据此解答；
（2）依据设计步骤和试剂选择用亚硫酸钠与浓硫酸制备纯净、干燥的二氧化硫，需要在装置A中加入亚硫酸钠，分液漏斗中加入浓硫酸，二氧化硫中含有水蒸气，通过浓硫酸除去水蒸气，在集气瓶中收集纯净干燥的氯气，最后用氢氧化钠溶液吸收二氧化硫防止污染空气；
（3）①高锰酸根离子在酸性环境下具有强的氧化性，能够氧化二氧化硫生成硫酸根离子；
②反应管内溶液紫红色消失时，SO₂与反应管内所含的高锰酸根离子恰好反应，若没及时停止通气，则未反应的SO₂气体也排水到量气管；
③根据反应：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，n（SO₂）=2.5V₁c×10^-3mol，依据V=Vmn计算二氧化硫的体积，然后计算二氧化硫的百分含量．

解答 解：（1）制备气体的一般装置：发生装置、净化装置、收集装置，依据反应方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，制备干燥的二氧化硫需要在A中加入亚硫酸钠固体，分液漏斗中加入浓硫酸，加热反应生成二氧化硫，二氧化硫中含有水蒸气，需要通过浓硫酸除去水蒸气，在集气瓶中收集纯净干燥的二氧化硫，最后用氢氧化钠溶液吸收过量的二氧化硫防止污染空，如图，
故答案为：；

（2）依据设计步骤和试剂选择用亚硫酸钠与浓硫酸制备纯净、干燥的二氧化硫，需要在装置A中加入亚硫酸钠，分液漏斗中加入浓硫酸，二氧化硫中含有水蒸气，通过浓硫酸除去水蒸气，在集气瓶中收集纯净干燥的氯气，最后用氢氧化钠溶液吸收二氧化硫防止污染空气；
故答案为：

仪器标号	仪器中所加物质	作用
A	亚硫酸钠、浓硫酸	产生SO2
B	浓硫酸	除去水蒸气
C
D	氢氧化钠溶液	吸收过量的二氧化硫，防止空气污染

（3）①高锰酸根离子在酸性环境下具有强的氧化性，能够氧化二氧化硫生成硫酸根离子．离子方程式：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
故答案为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
②反应管内溶液紫红色消失后，若没有及时停止通气，“没有及时停止通气”就会使得V（混合气体）增大，则二氧化硫的含量偏低；
故答案为：偏低；
③根据反应：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，n（SO₂）=2.5V₁c×10^-3mol，其标况下体积=2.5V₁c×10^-3mol×22.4L/mol=22.4×2.5V₁c×10^-3L，即22.4×2.5V₁cml=56V₁cml；所以SO₂的体积百分含量为=$\frac{56{V}_{1}c}{56{V}_{1}c+V{\;}_{2}}$×100%；
故答案为：$\frac{56{V}_{1}c}{56{V}_{1}c+V{\;}_{2}}$×100%．

点评 本题考查的是二氧化硫的制备、性质、实验误差的判断，熟悉实验原理是解题关键，注意二氧化硫含量误差分析和SO₂的百分含量计算，题目难度中等．