Question

10．實驗室常用亞硫酸鈉（Na₂SO₃）固體與稀硫酸（或稀鹽酸）在常溫下能發(fā)生復分解反應，制取二氧化硫氣體．請你共同參與某化學興趣小組對以下問題的探究：
【查閱資料】①二氧化硫氣體是無色有刺激性氣味的有毒氣體，它的密度比空氣大，可溶于水生成亞硫酸（H₂SO₃）；②SO₂氣體能與KMnO₄溶液反應并能使其顏色變淺或褪色；③CO₂不能與KMnO₄溶液反應．
【探究一】制取二氧化硫
（1）試寫出亞硫酸鈉（Na₂SO₃）固體與稀硫酸反應的化學方程式：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂0+SO₂↑．
（2）制取并收集二氧化硫時，應選用下圖所示的BD裝置（填字母）；寫出實驗室用裝置A、C 制取
一種常見氣體的化學方程式2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．

（3）某同學設計出如下圖1 所示裝置制取并檢驗SO₂的性質．你認為該裝置的優(yōu)點有減少污染（答一點）；滴斗內反應的化學方程式為Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃↓+H₂O．

【探究二】二氧化硫與水反應
化學興趣小組的同學將制得的二氧化硫氣體經過干燥后，通過如上圖2 裝置進行探究：
實驗步驟：①將滴管內的蒸餾水滴到B 瓶中的藍色石蕊試紙上，試紙顏色沒有發(fā)生變化；
②通入干燥的SO₂氣體，發(fā)現A 瓶中試紙不變色，B 瓶中試紙變成紅色．
（1）該興趣小組同學設計的以上實驗方案運用了控制變量研究的方法．
（2）通過上述實驗能得出的結論是H₂O+SO₂═H₂SO₃（用化學方程式表示）．
（3）小東同學認為，上圖2 裝置中有一個明顯的不足之處，該裝置的缺陷是沒有收集實驗尾氣，容易造成空氣污染．
【探究三】確定白色固體M 的成分老師交給興趣小組一包白色固體M，并告知M 的成分為鋁粉、亞硫酸鈉、
硫酸鈉、碳酸鈉中的一種或多種．于是，同學們設計如下裝置進行探究：（假設裝置中的藥品均足量，每次反應均完全）操作步驟：傾斜裝置A，使稀硫酸（足量）與固體M 充分反應，待反應停止后，B中溶液紫紅色變淺并增重，C 中液體增重．反應結束后，量氣管共收集到VmL氣體．試回答下列問題：

（1）固體M 中一定含有的物質有Al、Na₂SO₃、Na₂CO₃（填化學式）．
（2）B、C裝置能否交換位置？為什么？否，B裝置用來檢驗并吸收二氧化硫氣體，C裝置用來吸收二氧化碳氣體，若交換位置，將無法判斷是否存在二氧化硫氣體，即無法判斷M中是否含有亞硫酸鈉．
（3）只通過上述實驗，還有一種物質在固體M 中是否存在不能確定．為進一步確定該物質是否存在，有同學
提出如下方案：實驗完畢后，拆下儀器A，向其中加入BaCl₂溶液，觀察是否有沉淀生成．你認為此方案
是否可行？理由是不可行，因為Na₂SO₃、Na₂CO₃與H₂SO₄反應生成Na₂SO₄，若不可行，請?zhí)岢龈倪M方案可將稀硫酸換成稀鹽酸（如上面答“可行”，此空不填）

Answer 1

分析 【探究一】（1）制取裝置包括加熱和不需加熱兩種，實驗室常用亞硫酸鈉（Na₂SO₃）固體與稀硫酸在常溫下反應制取二氧化硫氣體，且同時生成硫酸鈉和水，因此不需要加熱；（2）實驗室常用亞硫酸鈉（Na₂SO₃）固體與稀硫酸在常溫下反應制取二氧化硫氣體，且同時生成硫酸鈉和水，因此不需要加熱；二氧化硫的密度比空氣的大，溶于水且與水反應生成亞硫酸（H₂SO₃），因此只能用向上排空氣法收集；實驗室用裝置A、C可 制取一種常見氣體氧氣；
（3）根據二氧化硫與氫氧化鈣反應生成亞硫酸鈉和水，污染空氣的實驗尾氣不能隨意排放分析作答．
【探究二】實驗步驟：根據二氧化碳能夠和水反應生成碳酸，二氧化硫的化學性質和二氧化碳相似分析解答；
①將滴管內的蒸餾水滴到B 瓶中的藍色石蕊試紙上，試紙顏色沒有發(fā)生變化；
②通入干燥的SO₂氣體，發(fā)現A 瓶中試紙不變色，B 瓶中二氧化硫和水生成了酸使試紙變色，試紙變成紅色．
（1）該興趣小組同學設計的以上實驗方案運用了控制變量研究的方法．
（2）通過上述實驗能得出的結論是 二氧化硫與水反應生成的酸使試紙變成紅色．
（3）上圖2 裝置中有收集沒實驗尾氣，容易造成空氣污染．
【探究三】：傾斜裝置A，使稀硫酸（足量）與固體M 充分反應，待反應停止后，B中溶液紫紅色變淺并增重，說明A中有能被高錳酸鉀溶液氧化的氣體生成，能被酸性高錳酸鉀氧化的氣體為二氧化硫，所以固體M中含有Na₂SO₃；C中液體增重，說明A中還有二氧化碳生成，二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應導致C裝置質量增加，所以固體M中還有Na₂CO₃；反應結束后，量氣管共收集到VmL氣體，說明經過B、C裝置后還有不溶于溶液的氣體產生，只能是氫氣，所以固體M中還有Al，再結合題目分析解答．

解答 解：【探究一】（1）實驗室常用亞硫酸鈉（Na₂SO₃）固體與稀硫酸在常溫下反應制取二氧化硫氣體，且同時生成硫酸鈉和水，故答案為：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂0+SO₂↑；
（2）亞硫酸鈉（Na₂SO₃）固體與稀硫酸在常溫下反應，因此不需要加熱；二氧化硫的密度比空氣的大，溶于水且與水反應生成亞硫酸（H₂SO₃），因此只能用向上排空氣法收集，實驗室用裝置A、C 在加熱條件下使高錳酸鉀分解生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，反應的化學方程式是2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
故答案為：BD；反應的化學方程式是2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（3）某同學設計出如圖1所示裝置制取并檢驗SO₂的性質，對污染空氣的實驗尾氣不隨意排放．你認為該裝置的優(yōu)點有：減少污染；二氧化硫與氫氧化鈣反應生成亞硫酸鈉和水，滴斗內反應的化學方程式為：Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃↓+H₂O．
【探究二】①將滴管內的蒸餾水滴到B 瓶中的藍色石蕊試紙上，試紙顏色沒有發(fā)生變化；
②通入干燥的SO₂氣體，發(fā)現A 瓶中試紙不變色，B 瓶中二氧化硫和水生成了酸使試紙變色，試紙變成紅色．
（1）該興趣小組同學設計的以上實驗方案運用了控制變量研究的方法．
（2）通過上述實驗能得出的結論是 二氧化硫與水反應生成的酸使試紙變成紅色，用化學方程式表示：H₂O+SO₂═H₂SO₃．
（3）上圖2 裝置中沒有收集實驗尾氣，容易造成空氣污染，即上圖2 裝置中有一個明顯的不足之處，該裝置的缺陷是：沒有收集實驗尾氣，容易造成空氣污染．
【探究三】：傾斜裝置A，使稀硫酸（足量）與固體M 充分反應，待反應停止后，B中溶液紫紅色變淺并增重，說明A中有能被高錳酸鉀溶液氧化的氣體生成，能被酸性高錳酸鉀氧化的氣體為二氧化硫，所以固體M中含有Na₂SO₃；C中液體增重，說明A中還有二氧化碳生成，二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應導致C裝置質量增加，所以固體M中還有Na₂CO₃；反應結束后，量氣管共收集到VmL氣體，說明經過B、C裝置后還有不溶于溶液的氣體產生，只能是氫氣，所以固體M中還有Al，再結合題目分析解答．
（1）通過以上分析可知，固體M 中一定含有的物質有：Al、Na₂SO₃、Na₂CO₃．
（2）B、C裝置不能交換位置，因為B裝置用來檢驗并吸收二氧化硫氣體，C裝置用來吸收二氧化碳氣體，若交換位置，將無法判斷是否存在二氧化硫氣體，即無法判斷M中是否含有亞硫酸鈉．
（3）通過以上分析可知，還有一種不能確定存在的物質是Na₂SO₄．為進一步確定該物質是否存在，有同學提出如下方案：實驗完畢后，拆下儀器A，向其中加入BaCl₂溶液，觀察是否有沉淀生成，此方案不可行，因為Na₂SO₃、Na₂CO₃與H₂SO₄反應生成Na₂SO₄，會干擾對結果的判斷；可將稀硫酸換成稀鹽酸，即能防止如上干擾．
故本題答案為：：【探究一】（1）Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂0+SO₂↑；
（2）BD；2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（3）減少污染；Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃↓+H₂O．
【探究二】②紅．
（1）控制變量．
（2）H₂O+SO₂═H₂SO₃．
（3）沒有收集實驗尾氣，容易造成空氣污染．
【探究三】：（1）Al、Na₂SO₃、Na₂CO₃．
（2）否，B裝置用來檢驗并吸收二氧化硫氣體，C裝置用來吸收二氧化碳氣體，若交換位置，將無法判斷是否存在二氧化硫氣體，即無法判斷M中是否含有亞硫酸鈉．
（3）不可行，因為Na₂SO₃、Na₂CO₃與H₂SO₄反應生成Na₂SO₄，會干擾對結果的判斷；將稀硫酸換成稀鹽酸．

點評 此題為二氧化碳的水溶液能使石蕊變紅的同類題，完成此題時可從題干敘述中提取有用的信息，依據二氧化碳的有關性質類比設計實驗證明二氧化硫的性質，能夠考查學生的知識遷移能力．