Question

10．据报道：研究人员破解了北京及华北地区雾霾主要成分硫酸盐的形成之谜，发现在大气细颗粒物吸附的水分中NO₂与SO₂的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径．某实验小组对NO₂和SO₂的反应进行探究．

（1）SO₂的发生装置可以选择图Ⅰ中的A（或C ）（填字母），反应的化学方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O[或Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O]．
（2）按图Ⅱ所示进行实验．
①实验时往集气瓶中通入等体积的SO₂和NO₂，观察到集气瓶中有白烟产生，通入的NO₂气体颜色变浅，该反应的化学方程式为SO₂+NO₂=SO₃+NO．如果集气瓶中有少量水，则可能观察不到白烟，其原因是生成的SO₃与水反应生成硫酸．
②请指出图Ⅱ装置设计的不合理之处没有进行尾气处理，会导致环境污染．
（3）硫酸铵是我国pm2.5雾霾的主要成分，收集一定量的雾霾固体进行验证：

操作步骤	实验现象	结论
取一定量的雾霾固体于试管中，加入适量的水溶解，把溶液分成两份．
一份加入足量稀盐酸后，再加入BaCl2溶液．	有白色沉淀生成．	证明雾霾固体中含有SO42-
另一份加入适量的NaOH浓溶液并加热．	产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体．	证明雾霾固体中含有NH4+．综合上面实验，说明雾霾固体颗粒中含有（NH4）2SO4．

Answer 1

分析 （1）制取二氧化硫可选用浓硫酸和亚硫酸钠在常温下制取，也可用铜和浓硫酸加热制取，由图可知可选用AC装置；
（2）①二氧化硫具有还原性，二氧化氮具有氧化性，两者反应生成三氧化硫和一氧化氮；如果集气瓶中有少量水，则三氧化硫和水反应生成硫酸；
②图Ⅱ装置为二氧化氮和二氧化硫反应的装置，缺少尾气处理，会导致环境污染；
（3）在检验SO₄^2-时，加入氯化钡之前要先加盐酸以排除CO₃^2-离子的干扰．检验铵根离子，通常加入碱液加热，然后用湿润的红色石蕊试纸检验．

解答 解：（1）硫酸的酸性强于亚硫酸，制取二氧化硫可选用浓硫酸和亚硫酸钠在常温下制取，选择仪器A，圆底烧瓶盛放Na₂SO₃固体，分液漏斗中盛放浓硫酸，滴入烧瓶中发生反应：Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）═Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，也可用浓硫酸与铜在加热条件下制取，选择C，浓硫酸与铜在加热条件下生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：A（或C ）；Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O[或Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O]；
（2）①二氧化硫具有还原性，二氧化氮具有氧化性，实验时往集气瓶中通入等体积的SO₂和NO₂，观察到集气瓶中有白烟产生，生成三氧化硫，反应方程式为：SO₂+NO₂=SO₃+NO，如果集气瓶中有少量水，则三氧化硫和水反应SO₃+H₂O=H₂SO₄，观察不到白烟，
故答案为：SO₂+NO₂=SO₃+NO；生成的SO₃与水反应生成硫酸；
②二氧化硫、二氧化氮都为大气污染物，图Ⅱ装置为二氧化氮和二氧化硫反应的装置，缺少尾气处理，所以设计的不合理之处为没有进行尾气处理，会导致环境污染，
故答案为：没有进行尾气处理，会导致环境污染；
（3）在检验SO₄^2-时，加入氯化钡之前要先加盐酸以排除CO₃^2-离子的干扰．即先加盐酸酸化，无现象，再加氯化钡溶液，出现白色沉淀，说明含有SO₄^2-，检验某溶液中含有NH₄⁺的操作方法为：取少量试样加入到试管中，加入氢氧化钠溶液加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验放出气体，试纸由红变蓝，
故答案为：

操作步骤	实验现象
加入足量稀盐酸后，再加入BaCl2溶液
加入适量的NaOH浓溶液并加热	产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体

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点评 本题考查了铜与浓硫酸反应的实验及NO₂和SO₂的反应实验探究，明确反应原理及产物的性质是解题关键，注意二氧化硫的还原性及酸性氧化物的性质，题目难度中等．