Question

某校學生活動小組設(shè)計如下圖所示實驗裝置探究工業(yè)制硫酸接觸室中的反應產(chǎn)物，并測定此條件下二氧化硫的轉(zhuǎn)化率。實驗過程中，裝置D中錐形瓶內(nèi)產(chǎn)生白色沉淀，裝置E中溶液褪色。

 試回答下列問題：
（1）裝置C有三個作用：①干燥SO₂和O₂；②使SO₂與O₂充分混合；③___________。
（2）裝置D錐形瓶中盛放的液體可能是（選填序號）___________。
A．少量高錳酸鉀溶液
B．少量小蘇打溶液
C．少量氯化鋇溶液
D．少量硝酸鋇溶液
裝置D中錐形瓶必須浸入冰水中的原因是___________。
（3）反應停止后，先關(guān)閉K，繼續(xù)通入O₂，其目的是___________。
（4）反應停止后，要通過裝置D錐形瓶中產(chǎn)生白色沉淀的量，測定已被氧化的二氧化硫的量時，在濾出沉淀前必須進行的一步實驗操作是（簡述過程）___________。
（5）若從錐形瓶里得到的沉淀質(zhì)量為mg，要測定該條件下二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，實驗時還需要測定的數(shù)據(jù)是（選填序號）________，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率是________（用含有m、a、b、c、d中的一個或幾個字母的代數(shù)式來表示）。
① 裝置F中增加的質(zhì)量ag
② 裝置A中亞硫酸鈉減少的質(zhì)量bg
③ 裝置B中增加的質(zhì)量cg
④ 裝置E中增加的質(zhì)量dg
（6） ①若（3）中通入O₂的時間過長，則可能使檢測得到的SO₂的轉(zhuǎn)化率________。
②若裝置D中不用冰水浴，則可能使檢測得到的SO₂的轉(zhuǎn)化率________。
③用酒精燈不停地加熱，則可能使檢測得到的SO₂的轉(zhuǎn)化率_______（填“偏大”、“偏小”或“不變”）。

Answer 1

（1）③便于通過觀察產(chǎn)生氣泡的速率，控制氧氣和二氧化硫的比例
（2）C； SO₃溶于水是放熱反應，若不冷卻，易形成酸霧，不利于SO₃的吸收
（3）將裝置中的SO₂和SO₃全部導入吸收劑中
（4）向錐形瓶中滴加氯化鋇溶液，直至沉淀量不再增加（或靜置后向上層清液中滴入氯化鋇溶液，若產(chǎn)生沉淀，需繼續(xù)加入氯化鋇溶液，重復上述過程至清液中不再產(chǎn)生沉淀為止）
（5）①④；×100% 
（6）①偏小  ②偏小  ③偏小
【試題分析】
（1）觀察整個裝置圖，分析各個裝置的作用。裝置A的作用是制備SO₂氣體：Na₂SO₃ （s）+ H₂SO₄（濃）＝Na₂SO₄ + SO₂↑+ H₂O。裝置B可當儲氣瓶使用，當關(guān)閉K時，SO₂進入B中，由于SO₂不與飽和NaHSO₃溶液反應，隨著SO₂不斷增加，容器內(nèi)的壓強不斷增大，液體被壓入漏斗中；當打開K時，SO₂進入裝置C中。C中的濃硫酸除題述作用以外，還可以通過觀察產(chǎn)生氣泡的速率，控制氧氣和二氧化硫的比例，因SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的反應是可逆反應，可適當增加O2的用量來提高SO2的轉(zhuǎn)化率。
（2）SO₂與O₂在V₂O5的催化及加熱條件下，在硬質(zhì)玻管內(nèi)發(fā)生了如下反應：2SO₂ +O₂2SO₃，進入裝置D內(nèi)的氣體主要有SO₃、SO₂和O₂，且氣體溫度較高，通過裝置D中的冰水浴冷卻，從而使SO₃與SO₂和O₂分離，由于SO₃與H₂O的反應是放熱反應，若不用冰水浴冷卻，易形成酸霧，不利于SO₃的吸收。裝置E中的品紅溶液褪色是由于SO₂的漂白性引起的，最后用燒堿吸收多余的SO₂，防止其污染環(huán)境。裝置D錐形瓶中只能選用BaCl₂溶液，若選用KMnO₄溶液，則SO₂能被其氧化，后面看不到裝置E中的品紅溶液褪色，且使測量反應生成的SO₃的含量偏大；若選用NaHCO₃溶液，則要與生成的H₂SO₄反應使測量結(jié)果偏�。蝗暨x用Ba（NO₃）₂溶液，因有HNO₃存在也能與SO₂反應生成BaSO₄沉淀，干擾SO₂轉(zhuǎn)化率的測定。
（3）反應需要測定SO₂的轉(zhuǎn)化率，為了使測定值準確，必須使裝置內(nèi)的SO₂和SO₃全部與吸收劑反應，故反應停止后，先關(guān)閉K，繼續(xù)通入O₂，其目的是將裝置中的SO₂和SO₃全部導入吸收劑中。
（4）因為是通過測定BaSO₄的質(zhì)量求得SO₂的轉(zhuǎn)化率的，故必須保證SO₄^2-與Ba²⁺充分反應生成沉淀。為此必須檢驗所加的BaCl₂是否足量。
（5）要測SO₂的轉(zhuǎn)化率，必須知道SO₂的總質(zhì)量及已經(jīng)轉(zhuǎn)化的SO₂的質(zhì)量，其中已經(jīng)轉(zhuǎn)化的SO₂的質(zhì)量可通過BaSO₄沉淀的量得到，SO₂的總質(zhì)量可由選項①④及BaSO₄的質(zhì)量得到。n（SO₂）轉(zhuǎn)化＝n（BaSO₄）＝m/233   mol，n（SO₂）_總＝［m/233 +（a +d）/64］mol，故SO₂的轉(zhuǎn)化率為 ×100% 。
（6）若通入O₂的時間過長，O₂可能帶走部分混合氣體而使測定出的SO₂轉(zhuǎn)化率偏低；若不用冰水浴，部分SO₃會轉(zhuǎn)化為酸霧，使測定出的SO₂的轉(zhuǎn)化率偏低；因SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的反應是放熱反應，溫度高不利于SO₂的轉(zhuǎn)化，故測定出SO₂的轉(zhuǎn)化率偏低。