Question

18．含硫物质燃烧会产生大量烟气，主要成分是SO₂、CO₂、N₂、O₂．某研究性学习小组在实验室利用下列装置制备模拟烟气，并测算模拟烟气通过转化器的脱硫效率．

回答下列问题：
I．模拟烟气的制备
（1）用A装置制SO₂，其化学反应方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑．
（2）用B装置制CO₂，使用该装置优点的是随时控制反应的发生和停止．
（3）将制得的气体与空气充分混合，获得模拟烟气用于后续实验．
II．测定烟气中SO₂的体积分数
（4）将部分模拟烟气缓慢通过C、D装置，其中C、D中盛有的药品分别是①、④．（填序号）
①KMnO₄溶液  ②饱和NaHSO₃溶液  ③饱和Na₂CO₃溶液  ④饱和NaHCO₃溶液
（5）若模拟烟气的流速为a mL/min，若t₁分钟后，测得量简内液体体积为V mL（已折算为标准状况），则SO₂的体积分数是$\frac{100（a{t}_{1}-V）}{a{t}_{1}}$%．
III．测算模拟烟气通过转化器的脱硫效率（已转化的SO₂占原有SO₂的百分比）
（6）将模拟烟气通过转化器E装置，E装置中盛有FeCl₂、FeCl₃的混合溶液，常温下，它可催化SO₂与O₂的反应，以达到脱硫目的．写出SO₂与FeCl₃溶液参与反应过程的离子方程式4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺．
（7）若模拟烟气仍以a mL/min的流速通过转化器E装置，t₂分钟后，向E装置中加入酸化的BaCl₂溶液得到白色浑浊液，经过滤、洗涤、干燥、称量，得到mg固体．若实验的气体体积已折算为标准状况，则该转化器的脱硫效率是$\frac{22400m{t}_{1}}{233{t}_{2}（a{t}_{1}-V）}$．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）实验室利用浓硫酸和亚硫酸钠反应制备二氧化硫；
（2）通过长颈漏斗控制加如盐酸的量，从而控制盐酸和塑料板上碳酸钙的接触面积，随时控制反应的发生和停止；
Ⅱ．（4）烟气中含有的二氧化硫可以和高锰酸钾溶液反应被吸收，二氧化碳用排液法测其体积；
（5）量筒内液体体积为VmL，二氧化碳体积就是Vml，求出二氧化碳体积百分数，然后可求二氧化硫的体积分数；
Ⅲ．（6）催化剂通过参与反应改变反应的历程加快反应速率，本身在反应前后无论质量还是数量都不变；
（7）为了能够准确的测量硫酸钡的质量，要从溶液中分离固体硫酸钡，依次进行过滤、洗涤、干燥的操作；
依据产生的硫酸钡的质量，可以求出转化的二氧化硫的量，可以求出转化器的脱硫效率．

解答 解：（1）浓硫酸和亚硫酸钠反应的方程式：Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，
故答案为：Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑；
（2）通过控制长颈漏斗盐酸的加入量，控制反应的发生和停止，
故答案为：随时控制反应的发生和停止；
Ⅱ．（4）二氧化硫具有强的还原性，可以用强氧化性的高锰酸钾吸收；二氧化碳在饱和碳酸钠溶液中的溶解度很小，可以用排饱和碳酸氢钠溶液来侧量其体积，
故答案为：①④；
（5）若模拟烟气的流速为aml/min，t分子后测得量筒内液体为VmL，则混合气体二氧化碳、氧气、氮气的体积

是Vml，则二氧化硫的体积为t₁aml-Vml，所以二氧化硫的体积分数为：$\frac{{t}_{1}aml-Vml}{{t}_{1}aml}$×100%=$\frac{100（a{t}_{1}-V）}{a{t}_{1}}$%，
故答案为：$\frac{100（a{t}_{1}-V）}{a{t}_{1}}$%；
Ⅲ．（6）①SO₂+2H₂O+2Fe³⁺═SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺ 在反应①中三价铁离子被还原为二价铁离子，要想保持质量、性质不变，得到的二价铁离子应该被氧气氧化为三价铁离子，反应的方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺；
（7）为了保证准确的测量出反应生成的硫酸钡固体，从溶液中分离固体硫酸钡，依次进行过滤、洗涤、干燥的操作，
故答案为：过滤，干燥；
t₂分钟内烟气中含二氧化硫的体积为：V（SO₂）=at₂×$\frac{100（a{t}_{1}-V）}{a{t}_{1}}$%；
根据上述反应可知各物质之间量的关系为：
SO₂～SO₄^2-～BaSO₄
22400ml    233g
V（SO₂）′mg
所以转化的二氧化硫气体的体积为：V（SO₂）′=$\frac{22400m}{233}$，所以二氧化硫的转化率=$\frac{V（S{O}_{2}）^{，}}{V（S{O}_{2}）}$=$\frac{22400m{t}_{1}}{233{t}_{2}（a{t}_{1}-V）}$，
故答案为：$\frac{22400m{t}_{1}}{233{t}_{2}（a{t}_{1}-V）}$．

点评 本题一道实验题，借助二氧化硫的污染治理情境，考查了气体制备原理，实验装置的选择，二氧化硫的性质及相关计算，题目综合性强，难度中等，注意在学习过程中注意培养分析问题，解决问题的能力．