Question

20．某科研小组用MnO₂和浓盐酸制备Cl₂时，利用刚吸收过少量SO₂的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理．
（1）请完成SO₂与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
（2）反应Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH═2NaCl+Na₂SO₄+H₂O中的氧化剂为Cl₂．
（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl^-、OH^-和SO₄^2-．请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气的CO₂的影响）．
①提出合理假设．
假设1：只存在SO₃^2-；
假设2：只存在ClO^-；
假设3：既不存在SO₃^2-也不存在ClO^-
②基于假设3（即验证假设3成立），设计实验方案，进行实验．请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论．限选实验试剂：3mol．L^-1H₂SO₄、1mom．L^-1NaOH、0.01mol．L^-1KMnO₄、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液．

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3mol．L-1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中
步骤2：向A试管中滴加1-2滴0.01mol．L-1KMnO4溶液．	溶液呈浅紫色，则证明不存在SO32-， 则证明不存在SO32-．
步骤3：向B试管中滴加1-2滴淀粉-KI溶液．	溶液不变蓝色， 则证明不存在ClO-．

（4）研究小组为测定某工厂区空气中SO₂的含量，取10m³（标准状况）的空气，缓慢通过足量氯水中，在所得溶液中加入过量的BaC1₂溶液，将产生的白色沉淀洗涤、干燥，用电子称称其质量为0.233g．则此空气中SO₂的浓度为6.4 mg/m³．（只要求计算结果，结果单位用mg/m³表示）．

Answer 1

分析 （1）氢氧化钠过量，二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水；
（2）根据在氧化还原反应中，所含元素化合价降低的反应物是氧化剂来判断；
（3）①根据反应原理：Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH═2NaCl+Na₂SO₄+H₂O，可假设1、溶液中可能存在只存在SO₃²，2、既不存在SO₃^2-也不存在ClO^-，3、SO₃^2-、ClO^-都存在；
②根据所限制实验试剂和SO₃^2-、ClO^-的性质，先加入硫酸至酸性，若存在SO₃^2-、ClO^-，分别生成了H₂SO₃和HClO；因为HClO具有氧化性，选择淀粉-KI溶液，证明有ClO^-的存在；H₂SO₃具有还原性，选择具有强氧化性高锰酸钾溶液，证明SO₃^2-的存在；
（4）根据题意可知，发生的反应有：SO₂+Br₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，由上述反应根据元素守恒可以得出二氧化硫与硫酸钡之间的关系，由硫酸钡的质量可求出二氧化硫的质量，再求出空气中SO₂的浓度．

解答 解：（1）SO₂与过量NaOH溶液反应，因NaOH过量，故生成的是正盐，化学方程式为：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
故答案为：Na₂SO₃+H₂O；
（2）在氧化还原反应中，所含元素化合价降低的反应物是氧化剂剂，反应物Cl₂中的Cl元素的价态从0→-1，化合价降低，得到电子则表现氧化性，氧化剂为Cl₂，
故答案为：Cl₂；
（3）①根据反应原理：Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH═2NaCl+Na₂SO₄+H₂O，可提出以下假设：
假设1、溶液中可能存在只存在SO₃²，
假设2、既不存在SO₃^2-也不存在ClO^-，
假设3、SO₃^2-和ClO^-不能共存，所以另一种假设判断为只有ClO^-；
故答案为：只存在ClO^-；
②因为吸收液呈碱性，先取少量吸收液于试管中，滴加3moL-L^-1 H₂SO₄至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中先加入硫酸的试管，若存在SO₃^2-、ClO^-，分别生成了H₂SO₃和HClO；
向A试管中滴加1-2滴0.01mol．L^-1KMnO₄溶液，KMnO₄能被SO₃^2-还原为锰离子而褪色，溶液呈浅紫色，则证明不存在SO₃^2-；
向B试管中滴加1-2滴淀粉-KI溶液，ClO^-能与碘离子反应生成单质碘，溶液会变蓝色，若溶液不变蓝色，则证明不存在ClO^-．
故答案为：

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3 moL•L-1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中
步骤2：向A试管中滴加1-2滴0.01mol．L-1KMnO4溶液	溶液呈浅紫色，则证明不存在SO32-
步骤3：向B试管中滴加1-2滴淀粉-KI溶液	溶液不变蓝色，则证明不存在ClO-

（4）设SO₂的质量为x，由反应SO₂+Br₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl可得：
SO₂～H₂SO₄～BaSO₄
64         233
x       0.233g
$\frac{64}{233}$=$\frac{x}{0.233g}$
解得：x=0.064g=64mg，
则空气中SO₂的浓度为$\frac{64mg}{10{m}^{3}}$=6.4 mg/m³；
故答案为：6.4 mg/m³．

点评 本题属于实验探究题，要根据实验原理提出假设，再结合物质的性质加以验证，侧重于考查学生的实验探究能力和对知识的应用能力，题目难度中等．