Question

7．某實驗小組用如圖1所示裝置對SO₂與BaCl₂溶液和Ba（NO₃）₂溶液反應進行探究 （夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗）．

（1）B裝置的作用是吸收裝置A中產(chǎn)生的H₂SO₄酸霧．
（2）實驗過程中C、D均出現(xiàn)白色沉淀．實驗結(jié)束后分別向C、D中加入足量稀鹽酸，白色沉淀均不溶解．C、D試管中的白色沉淀的化學式是BaSO₄．
（3）小組同學進一步探究C中出現(xiàn)白色沉淀的原因，獲得的實驗數(shù)據(jù)如圖2、3所示．
請結(jié)合化學用語分別解釋圖1、2中pH下降的原因．
圖2中pH下降的原因：SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-．
圖3中pH下降的原因：2SO₂+2H₂O+O₂═2SO₄^2-+4H⁺．
（4）依據(jù)以上實驗獲得的結(jié)論，小組同學進一步推斷D中產(chǎn)生白色沉淀的原因可能是酸性條件下，SO₂被O₂氧化或被NO₃^-氧化生成SO₄^2-，可以證明其推斷的實驗方案是在排除O₂干擾前提下，向盛有等體積0.1 mol•L^-1Ba（NO₃）₂溶液的洗氣瓶D中通入SO₂，
若出現(xiàn)白色沉淀，則證明酸性條件下NO₃^-氧化了SO₂，反之則說明原D洗氣瓶中沉淀的出現(xiàn)是O₂氧化SO₂所致．．
（5）小組同學又進一步設計了如下實驗方案：通過相應的實驗手段監(jiān)測并獲得SO₂通入Ba（NO₃）₂溶液后，產(chǎn)生白色沉淀過程中NO₃^-濃度隨時間變化情況的曲線．小組同學設計此實驗方案想進一步探究的實驗問題可能是若NO₃^-和O₂均參與反應，則相同條件下二者氧化SO₂的能力或反應速率的差異等．

Answer 1

分析 裝置A：加熱條件下，Cu和濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；裝置B：為除去反應中帶出的霧狀硫酸，可以將氣體通過NaHSO₃溶液；裝置C：檢驗C中二氧化硫在溶液中生成亞硫酸，亞硫酸被氧氣氧化成硫酸，白色沉淀為硫酸鋇，裝置D：檢驗酸性條件下，硝酸根離子具有氧化性，NO₃^-氧化了SO₂，生成硫酸鋇沉淀，最后進行尾氣處理．
（1）為防止A中揮發(fā)出的硫酸對CD裝置實驗的干擾，需用飽和的亞硫酸氫鈉除去硫酸蒸氣；
（2）C、D中加入足量稀鹽酸，白色沉淀均不溶解，沉淀為硫酸鋇；
（3）圖2中pH下降曲線比較平緩，可能為二氧化硫和水反應生成亞硫酸，亞硫酸電離導致PH下降；圖3中PH下降曲線屬于斜率較大的情況，可能為弱酸亞硫酸被氧化成強酸硫酸所致；
（4）D中產(chǎn)生白色沉淀為硫酸鋇，可能為酸性條件下，SO₂被O₂氧化或被NO₃^-氧化生成SO₄^2-；排除SO₂被O₂氧化需排除裝置中的氧氣，用硝酸鋇和二氧化硫進行反應論證；
（5）NO₃^-、O₂氧化二氧化硫的能力不同，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）裝置A：加熱條件下，Cu和濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；濃硫酸的沸點為338℃，加熱時酒精燈火焰的溫度為400℃～500℃”，說明濃硫酸在溫度較高時也能揮發(fā)出H₂SO₄蒸氣，C、D中有可能是揮發(fā)出的H₂SO₄提供的SO₄^2-與Ba²⁺反應生成BaSO₄：SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，需排除，所以用飽和的亞硫酸氫鈉溶液吸收吸收裝置A中產(chǎn)生的H₂SO₄酸霧，
故答案為：吸收裝置A中產(chǎn)生的H₂SO₄酸霧；
（2）由白色沉淀，發(fā)現(xiàn)均不溶于稀鹽酸，白色沉淀為硫酸鋇，裝置C：可能是溶液中溶解的氧氣與SO₂作用產(chǎn)生了硫酸，進而得到BaSO₄：2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺，
裝置D：可能是硝酸根離子具有氧化性，NO₃^-氧化了SO₂，生成硫酸鋇沉淀，3SO₂+2NO₃^-+3Ba²⁺+2H₂O=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案為：BaSO₄；
（3）圖2中pH下降曲線比較平緩，可能為二氧化硫和水反應生成亞硫酸，亞硫酸電離導致PH下降，反應方程式為：SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-；圖3中PH下降曲線屬于斜率較大的情況，可能為弱酸亞硫酸被氧化成強酸硫酸所致，反應方程式為：2SO₂+2H₂O+O₂═2SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-；2SO₂+2H₂O+O₂═2SO₄^2-+4H⁺；
（4）酸性條件下，SO₂被O₂氧化成+6價的硫，在溶液中硫酸根離子和鋇離子形成沉淀，也可能為SO₂被NO₃^-氧化生成SO₄^2-，為排除氧氣的干擾，可在排除O₂干擾前提下，向盛有等體積0.1 mol•L^-1Ba（NO₃）₂溶液的洗氣瓶D中通入SO₂，若出現(xiàn)白色沉淀，則證明酸性條件下NO₃^-氧化了SO₂，反之則說明原D洗氣瓶中沉淀的出現(xiàn)是O₂氧化SO₂所致，
故答案為：酸性條件下，SO₂被O₂氧化；被NO₃^-氧化生成SO₄^2-；在排除O₂干擾前提下，向盛有等體積0.1 mol•L^-1Ba（NO₃）₂溶液的洗氣瓶D中通入SO₂，若出現(xiàn)白色沉淀，則證明酸性條件下NO₃^-氧化了SO₂，反之則說明原D洗氣瓶中沉淀的出現(xiàn)是O₂氧化SO₂所致；
（5）不同的氧化劑對同一還原劑氧化能力不同，小組同學設計此實驗方案想進一步探究可能為若NO₃^-和O₂均參與反應，則相同條件下二者氧化SO₂的能力或反應速率的差異等，
故答案為：若NO₃^-和O₂均參與反應，則相同條件下二者氧化SO₂的能力或反應速率的差異等．

點評 本題本題是以研究SO₂的性質(zhì)為載體考查實驗方案的評價及性質(zhì)實驗方案的設計，注意把握裝置的作用及發(fā)生的反應是解答的關(guān)鍵，題目難度中等，培養(yǎng)了學生靈活運用知識的能力．