Question

9．研究SO₂等大气污染气体的处理具有重要意义．
Ⅰ．以硫酸工艺的尾气、氨水、石灰石等原料可以合成K₂SO₄晶体、（NH₄）₂SO₃•H₂O等物质．合成路线如下：

（1）写出在高温下反应Ⅰ的化学方程式2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂．
（2）反应Ⅱ中需要向溶液中加入适量的对苯二酚，其作用是B（选填序号）．
A．使SO₂更易被氨水吸收  B．防止（NH₄）₂SO₃被氧化  C．防止生成NH₄HSO₃
（3）已知NH₄Cl的溶解度随温度的升高而升高，当反应Ⅲ有多量硫酸钾晶体析出后，要从溶液中再析出NH₄Cl晶体，可采用的方法是蒸发浓缩、降温结晶．
（4）实验室用50mL1.000mol/L酸性KMnO₄溶液吸收a L（标准状况）硫酸工艺的尾气时，溶液紫红色恰好褪去，则尾气中SO₂的含量为$\frac{8}{a}$g/L．
Ⅱ．用如图所示装置制取SO₂并探究SO₂和Fe（NO₃）₃溶液的反应．已知：1.0mol/L的Fe（NO₃）₃溶液pH=1．

请回答：
（1）装置A中反应的化学方程式是Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑．
（2）为排除空气对实验的干扰，滴加浓硫酸之前应进行的操作是打开弹簧夹，向装置中通入一段时间的N₂，关闭弹簧夹．
（3）反应开始后，装置B中产生白色沉淀，白色沉淀的成分是BaSO₄，产生白色沉淀的原因有两种观点：
观点1：SO₂与Fe³⁺反应．
观点2：酸性条件下，SO₂与NO₃^-反应．
实验证明两种观点都成立，为证明观点1，为进一步确认生成的新物质，可用的试剂是铁氰化钾或酸性高锰酸钾溶液．
（4）为保证安全，在A、B两装置间添加防倒吸装置，请在方框中画出装置图．

Answer 1

分析 I．二氧化硫、空气和碳酸钙发生反应I，根据图中反应物和生成物知，反应方程式为2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，硫酸钙发生一系列反应后得到的产物和KCl反应生成氯化铵和硫酸钾，根据复分解反应特点知，反应III中还有一种反应物是硫酸铵，则反应III为2KCl+（NH₄）₂SO₄=2NH₄Cl+K₂SO₄（晶体），二氧化硫、氨水发生反应II，根据产物知，反应II的方程式为SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O；
（1）在高温下碳酸钙、氧气和二氧化硫反应生成硫酸钙和二氧化碳；
（2）亚硫酸根离子具有还原性，能被氧化剂氧化，为防止亚硫酸根离子被氧化，应该向溶液中加入还原性物质；
（3）NH₄Cl的溶解度随温度的升高而升高，要使氯化铵析出，应该降低氯化铵的溶解度；
（4）酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化二氧化硫生成硫酸根离子，自身被还原生成锰离子，离子方程式为5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
n（KMnO₄）=1.000mol/L×0.05L=0.05mol，根据方程式知n（SO₂）=$\frac{0.05mol}{2}×5$=0.125mol，
m（SO₂）=0.125mol×64g/mol=8g，
尾气中SO₂的含量=$\frac{二氧化硫质量}{尾气体积}×100%$；
II．A中充入氮气排出空气，防止空气氧化亚硫酸钠生成硫酸钠，A中反应方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，二氧化硫和硝酸铁、氯化钡在B中发生反应；
（1）装置A浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫、水和硫酸钠；
（2）空气能氧化亚硫酸钠生成硫酸钠，为防止亚硫酸钠被氧化，应该用氮气将装置中空气排出；
（3）反应开始后，装置B中产生白色沉淀，白色沉淀的成分是BaSO₄，产生白色沉淀的原因有两种观点：
观点1：SO₂与Fe³⁺反应；
观点2：SO₂与NO₃^-反应；
观点1中含有亚铁离子，可以用铁氰化钾或酸性高锰酸钾溶液检验；
（4）有缓冲作用的装置能防倒吸．

解答 解：I．二氧化硫、空气和碳酸钙发生反应I，根据图中反应物和生成物知，反应方程式为2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，硫酸钙发生一系列反应后得到的产物和KCl反应生成氯化铵和硫酸钾，根据复分解反应特点知，反应III中还有一种反应物是硫酸铵，则反应III为2KCl+（NH₄）₂SO₄=2NH₄Cl+K₂SO₄（晶体），二氧化硫、氨水发生反应II，根据产物知，反应II的方程式为SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O；
（1）在高温下碳酸钙、氧气和二氧化硫反应生成硫酸钙和二氧化碳，反应方程式为2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，
故答案为：2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂；
（2）亚硫酸根离子具有还原性，能被氧化剂氧化，为防止亚硫酸根离子被氧化，应该向溶液中加入还原性物质，对苯二酚具有还原性，能被空气氧化，所以加入对苯二酚的目的是防止生成的亚硫酸铵被氧化，
故选B；
（3）NH₄Cl的溶解度随温度的升高而升高，要使氯化铵析出，应该降低氯化铵的溶解度，所以应该采用蒸发浓缩、降温结晶的方法，故答案为：蒸发浓缩、降温结晶；
（4）酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化二氧化硫生成硫酸根离子，自身被还原生成锰离子，离子方程式为5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
n（KMnO₄）=1.000mol/L×0.05L=0.05mol，根据方程式知n（SO₂）=$\frac{0.05mol}{2}×5$=0.125mol，
m（SO₂）=0.125mol×64g/mol=8g，
尾气中SO₂的含量=$\frac{二氧化硫质量}{尾气体积}×100%$=$\frac{8g}{aL}$=$\frac{8}{a}$g/L，
故答案为：$\frac{8}{a}$；
II．A中充入氮气排出空气，防止空气氧化亚硫酸钠生成硫酸钠，A中反应方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，二氧化硫和硝酸铁、氯化钡在B中发生反应；
（1）装置A浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫、水和硫酸钠，反应方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，
故答案为：Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑；
（2）空气能氧化亚硫酸钠生成硫酸钠，为防止亚硫酸钠被氧化，应该用氮气将装置中空气排出，为排除空气对实验的干扰，滴加浓硫酸之前应先通入氮气，将空气排出，操作为打开弹簧夹，向装置中通入一段时间的N₂，关闭弹簧夹，
故答案为：打开弹簧夹，向装置中通入一段时间的N₂，关闭弹簧夹；
（3）反应开始后，装置B中产生白色沉淀，白色沉淀的成分是BaSO₄，产生白色沉淀的原因有两种观点：
观点1：SO₂与Fe³⁺反应；
观点2：酸性条件下，SO₂与NO₃^-反应；
观点1中含有亚铁离子，可以用铁氰化钾或酸性高锰酸钾溶液检验，亚铁离子能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，铁氰化钾和亚铁离子生成特征蓝色沉淀，所以可以用酸性高锰酸钾溶液或铁氰化钾检验亚铁离子，
故答案为：BaSO₄；酸性条件下，SO₂与NO₃^-反应；酸性高锰酸钾溶液或铁氰化钾溶液；
（4）有缓冲作用的装置能防倒吸，其防倒吸的装置图为，
故答案为：．

点评 本题考查物质制备、物质性质实验方案设计，为高频考点，侧重考查学生实验操作、实验分析判断及获取信息解答问题、综合应用知识能力，明确实验原理、物质性质是解本题关键，实验操作、仪器的绘画是学生学习难点，要多练习．