Question

黄铁矿（FeS₂）燃烧产生的SO₂通过下列工艺过程既能制得H₂SO₄，又能制得H₂．

（1）该过程中能循环利用的物质为

 

．
（2）写出反应器中发生反应的离子方程式

 

．
（3）某研究性学习小组欲探究SO₂能否与BaCl₂溶液反应生成BaSO₃沉淀，进行如下实验．
已知浓硫酸的沸点为338℃，加热时酒精灯火焰的温度为400℃～500℃．
①甲同学用装置I（如图）进行实验，发现BaCl₂溶液中出现白色沉淀，且白色沉淀不溶于盐酸，该实验结论不能说明SO₂能与BaCl₂溶液发生反应，请解释生成该白色沉淀的两种可能原因（用文字和离子方程式表示）：

 

，

 

；
②乙同学设计了装置Ⅱ（夹持装置和A的加热装置略去）进行实验，发现C中没有出现白色沉淀．

装置Ⅱ改进了装置I的四处不足，请填表说明另外的三处．

改进的操作或装置（注明必要的试剂）	改进的作用
使用分液漏斗滴加浓硫酸	控制反应速率

（4）丙同学取乙同学实验后的C中溶液少许，滴加一种无色溶液，产生不溶于盐酸的白色沉淀，丙同学滴加的试剂可能是

 

（填字母序号）．
a．NaOH溶液    b．H₂O₂溶液    C．新制氯水   d．酸性KMnO₄溶液．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：在反应器中SO₂、H₂O和I₂反应生成生成HI和硫酸，在分离器中分离硫酸和HI，HI在膜反应器中加热分解生成单质碘和氢气；
（1）由工艺流程可知能循环利用的物质为I₂；
（2）反应器中SO₂、H₂O和I₂反应生成生成HI和硫酸；
（3）①本小题首先抓住已知信息“浓硫酸的沸点为338℃，加热时酒精灯火焰的温度为400℃～500℃”，说明浓硫酸在温度较高时也能挥发出H₂SO₄蒸气，由于BaSO₃能够溶于盐酸，根据元素守恒可知该沉淀只能是BaSO₄，有可能一是挥发出的H₂SO₄提供的SO₄^2-与Ba²⁺反应生成的，也有可能是溶液中溶解的氧气与SO₂作用产生了硫酸，进而得到BaSO₄．
②氮气性质稳定，通入氮气可以排净装置中的空气中的氧气；为除去反应中带出的雾状硫酸，可以将气体通过NaHSO₃溶液；I中没有尾气处理装置；
（4）乙实验后的C中的溶液会溶有SO₂，题中不溶于盐酸的白色沉淀应是BaSO₄，所以要加一种氧化剂．

解答： 解：在反应器中SO₂、H₂O和I₂反应生成生成HI和硫酸，在分离器中分离硫酸和HI，HI在膜反应器中加热分解生成单质碘和氢气；
（1）由工艺流程可知能循环利用的物质为I₂，故答案为：I₂；
（2）反应器中SO₂、H₂O和I₂反应生成生成HI和硫酸，其反应的离子方程式为：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+2I^-+SO₄^2-，故答案为：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+2I^-+SO₄^2-；
（3）①本小题首先抓住已知信息“浓硫酸的沸点为338℃，加热时酒精灯火焰的温度为400℃～500℃”，说明浓硫酸在温度较高时也能挥发出H₂SO₄蒸气，由于BaSO₃能够溶于盐酸，根据元素守恒可知该沉淀只能是BaSO₄，有可能一是挥发出的H₂SO₄提供的SO₄^2-与Ba²⁺反应生成BaSO₄：SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，也有可能是溶液中溶解的氧气与SO₂作用产生了硫酸，进而得到BaSO₄：2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺；
故答案为：挥发出H₂SO₄蒸气与氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀，SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓；SO₂与氧气在水溶液中反应生成硫酸，硫酸与氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀，2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺；
②根据装置I的缺点，对比两个装置可知：实验前先通入氮气，能排净装置中的空气中的氧气，防止二氧化碳被氧化；为除去反应中带出的雾状硫酸，可以将气体通过NaHSO₃溶液；I中没有尾气处理装置，II中导管末端连接硬质玻璃管，插入盛氢氧化钠溶液的烧杯中，可以吸收尾气，同时防止倒吸，

改进的操作或装置（注明必要的试剂）	改进的作用
使用分液漏斗滴加浓硫酸	控制反应速率
实验前向A中通入N2	排除装置中的空气
在A、C之间加一个盛有饱和亚硫酸氢钠溶液的洗气瓶	除去挥发出来的H2SO4蒸汽
导管末端连接硬质玻璃管，插入盛氢氧化钠溶液的烧杯中	吸收尾气，同时防止倒吸

故答案为：

改进的操作或装置（注明必要的试剂）	改进的作用
使用分液漏斗滴加浓硫酸	控制反应速率
实验前向A中通入N2	排除装置中的空气
在A、C之间加一个盛有饱和亚硫酸氢钠溶液的洗气瓶	除去挥发出来的H2SO4蒸汽
导管末端连接硬质玻璃管，插入盛氢氧化钠溶液的烧杯中	吸收尾气，同时防止倒吸

；
（4）乙实验后的C中的溶液会溶有SO₂，题中不溶于盐酸的白色沉淀应是BaSO₄，所以要加一种氧化剂，滴加的是一种无色溶液，则只能是H₂O₂溶液，新制氯水是黄绿色，酸性KmnO₄溶液是紫色；
故答案为：b．

点评：本题是以物质的制备和研究SO₂的性质为载体的实验题，涉及制备流程的分析、离子方程式的书写、氧化还原反应、物质的检验、实验方案评价等，题目难度中等，侧重于考查学生的实验探究能力和灵活运用知识的能力．