Question

利用如图所示装置（夹持装置已略去）模拟工业生产SO₂催化氧化反应，以探究反应产物，并测定此条件下二氧化硫的转化率．实验时，装置D锥形瓶中溶液产生白色沉淀，装置E中溶液褪色．

（1）装置D使用冰水浴的作用是

 

．
（2）在实验过程中应持续不断通入O₂的原因是

 

．
（3）为达到实验目的D中锥形瓶盛放的溶液应该是

 

．
A．足量澄清石灰水      B．足量小苏打溶液
C．足量的氯化钡溶液    D．足量硝酸钡溶液
（4）若D中锥形瓶盛放的是足量氯化钡和硝酸的混合溶液，发现瓶中除生成白色沉淀外还有红棕色气体产生，则在溶液中发生反应的离子方程式是

 

（5）若装置F中有40mL 2.5mol/L NaOH溶液，反应后增重4.8g，则装置F中发生总反应的化学方程式是

 

（6）若从锥形瓶溶液中得到的沉淀质量为mg，要测定该条件下二氧化硫的转化率，实验时还需要测定的数据是

 

．
A．装置F增加的质量ag
B．装置A中亚硫酸钠减少的质量bg
C．装置B增加的质量cg
D．装置E增加的质量dg
此条件下二氧化硫的转化率是

 

．（列式表示）．

Answer 1

分析：（1）装置Ⅱ的作用是冷却装置，避免三氧化硫在被溶液吸收时产生大量的酸雾；
（2）二氧化硫与氧气的反应为可逆反应，增大氧气浓度可以提高二氧化硫的转化率；不断通入氧气，可以将反应装置中的二氧化硫和三氧化硫被后面的装置吸收；
（3）装置D的作用是吸收混合气体中的三氧化硫，不能使二氧化硫参与反应，据此进行分析合理的试剂；
（4）硝酸能够将二氧化硫氧化成硫酸根离子，硫酸根离子与钡离子反应生成硫酸钡沉淀，同时有一氧化氮气体产生，据此写出反应的离子方程式；
（5）若装置F中有40mL 2.5mol?L^-1NaOH溶液，反应后增重4.8g，吸收的为二氧化硫气体，依据反应方程式及二氧化硫氢氧化钠物质的量进行分析判断生成产物，然后写出反应的化学方程式即可；
（6）若计算二氧化硫的转化率，需要知道生成的三氧化硫的物质的量和反应前二氧化硫的物质的量或反应后剩余的二氧化硫的物质的量，据此进行分析；根据选择的数据及题中已知数据计算出二氧化硫的转化率．

解答：解：（1）装置Ⅱ的冰水能够降低反应体系的温度，避免三氧化硫在与装置D中的溶液反应时生成酸雾，影响吸收效果，
故答案为：降低反应体系温度，防止大量酸雾产生；
（2）增大反应物氧气的浓度，可以通过二氧化硫的转化率，且通过不断通入氧气，可以将装置中的三氧化硫和二氧化硫驱赶到后面的装置中，以便被充分吸收，
故答案为：增大二氧化硫的转化率，使三氧化硫、二氧化硫充分被后续装置吸收；
（3）A．澄清石灰水能够与二氧化硫反应，无法达到测定三氧化硫的目的，故A错误；  
B．足量小苏打溶液，亚硫酸的酸性大于碳酸，二氧化硫能够与碳酸氢钠溶液反应，无法满足测定三氧化硫合理的目的，故B错误；
C．足量的氯化钡溶液，二氧化硫不与氯化钡溶液反应，而三氧化硫能够与氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀，可以沉淀三氧化硫的含量，故C正确；    
D．足量硝酸钡溶液，二氧化硫能够与硝酸钡溶液反应生成硫酸钡沉淀，无法达到沉淀三氧化硫的目的，故D错误；
故选：C；
（4）生成白色沉淀为硫酸钡、红棕色气体为一氧化氮与氧气反应生成的二氧化氮，发生反应的离子方程式为：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-═3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案为：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-═3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺；
（5）若n（SO₂）：n（NaOH）=1：2反应按照反应：SO₂+2NaOH═Na₂SO₃+H₂O；若n（SO₂）：n（NaOH）=1：1，反应按照反应SO₂+NaOH═NaHSO₃；装置Ⅳ中有40mL 2.5mol?L^-1 NaOH溶液中n（NaOH）=0.1mol，n（SO₂）=

4.8g

64g/mol

=0.075mol；n（SO₂）：n（NaOH）=0.075：0.1=3：4，所以生成产物为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠；
设生成亚硫酸钠xmol、亚硫酸氢钠ymol，
则：

x+y=0.075 2x+y=0.1

，解得：

x=0.025 y=0.05

，
即n（Na₂SO₃）：n（NaHSO₃）=1：2，
所以反应的化学方程式为：3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O，
故答案为：3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O；
（6）若从锥形瓶溶液中得到的沉淀质量为mg，则mg为硫酸钡沉淀，n（BaSO₄）=n（SO₃）=

m

233

mol，已经知道转化了的二氧化硫，只要再告诉反应前的二氧化硫的物质的量或者反应后的二氧化硫的物质的量，就可以计算出二氧化硫的转化率，所以实验时还需要测定的数据为B或者AD，
若装置A中亚硫酸钠减少的质量bg，则生成的二氧化硫的物质的量为：n（Na₂SO₃）=n（SO₂）

b

126

mol，二氧化硫的转化率为：

m 233

b 126

×100%；
若知道装置F增加的质量ag、装置E增加的质量dg，则剩余的二氧化硫的物质的量为：

a+d

64

mol，二氧化硫的转化率为：

m 233

m 233 + a+d 64

×100%，
故答案为：B或AD；

m 233

b 126

×100%或

m 233

m 233 + a+d 64

×100%．

点评：本题考查了二氧化硫性质应用和实验验证，实验设计的步骤和实验方案的确定应根据题干要求分析判断，关键是读懂题干信息，依据题干条件计算判断，题目难度较大．