Question

9．研究SO₂等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
Ⅰ．以硫酸工藝的尾氣、氨水、石灰石等原料可以合成K₂SO₄晶體、（NH₄）₂SO₃•H₂O等物質．合成路線如下：

（1）寫出在高溫下反應Ⅰ的化學方程式2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂．
（2）反應Ⅱ中需要向溶液中加入適量的對苯二酚，其作用是B（選填序號）．
A．使SO₂更易被氨水吸收  B．防止（NH₄）₂SO₃被氧化  C．防止生成NH₄HSO₃
（3）已知NH₄Cl的溶解度隨溫度的升高而升高，當反應Ⅲ有多量硫酸鉀晶體析出后，要從溶液中再析出NH₄Cl晶體，可采用的方法是蒸發(fā)濃縮、降溫結晶．
（4）實驗室用50mL1.000mol/L酸性KMnO₄溶液吸收a L（標準狀況）硫酸工藝的尾氣時，溶液紫紅色恰好褪去，則尾氣中SO₂的含量為$\frac{8}{a}$g/L．
Ⅱ．用如圖所示裝置制取SO₂并探究SO₂和Fe（NO₃）₃溶液的反應．已知：1.0mol/L的Fe（NO₃）₃溶液pH=1．

請回答：
（1）裝置A中反應的化學方程式是Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑．
（2）為排除空氣對實驗的干擾，滴加濃硫酸之前應進行的操作是打開彈簧夾，向裝置中通入一段時間的N₂，關閉彈簧夾．
（3）反應開始后，裝置B中產生白色沉淀，白色沉淀的成分是BaSO₄，產生白色沉淀的原因有兩種觀點：
觀點1：SO₂與Fe³⁺反應．
觀點2：酸性條件下，SO₂與NO₃^-反應．
實驗證明兩種觀點都成立，為證明觀點1，為進一步確認生成的新物質，可用的試劑是鐵氰化鉀或酸性高錳酸鉀溶液．
（4）為保證安全，在A、B兩裝置間添加防倒吸裝置，請在方框中畫出裝置圖．

Answer 1

分析 I．二氧化硫、空氣和碳酸鈣發(fā)生反應I，根據(jù)圖中反應物和生成物知，反應方程式為2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，硫酸鈣發(fā)生一系列反應后得到的產物和KCl反應生成氯化銨和硫酸鉀，根據(jù)復分解反應特點知，反應III中還有一種反應物是硫酸銨，則反應III為2KCl+（NH₄）₂SO₄=2NH₄Cl+K₂SO₄（晶體），二氧化硫、氨水發(fā)生反應II，根據(jù)產物知，反應II的方程式為SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O；
（1）在高溫下碳酸鈣、氧氣和二氧化硫反應生成硫酸鈣和二氧化碳；
（2）亞硫酸根離子具有還原性，能被氧化劑氧化，為防止亞硫酸根離子被氧化，應該向溶液中加入還原性物質；
（3）NH₄Cl的溶解度隨溫度的升高而升高，要使氯化銨析出，應該降低氯化銨的溶解度；
（4）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化二氧化硫生成硫酸根離子，自身被還原生成錳離子，離子方程式為5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
n（KMnO₄）=1.000mol/L×0.05L=0.05mol，根據(jù)方程式知n（SO₂）=$\frac{0.05mol}{2}×5$=0.125mol，
m（SO₂）=0.125mol×64g/mol=8g，
尾氣中SO₂的含量=$\frac{二氧化硫質量}{尾氣體積}×100%$；
II．A中充入氮氣排出空氣，防止空氣氧化亞硫酸鈉生成硫酸鈉，A中反應方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，二氧化硫和硝酸鐵、氯化鋇在B中發(fā)生反應；
（1）裝置A濃硫酸和亞硫酸鈉反應生成二氧化硫、水和硫酸鈉；
（2）空氣能氧化亞硫酸鈉生成硫酸鈉，為防止亞硫酸鈉被氧化，應該用氮氣將裝置中空氣排出；
（3）反應開始后，裝置B中產生白色沉淀，白色沉淀的成分是BaSO₄，產生白色沉淀的原因有兩種觀點：
觀點1：SO₂與Fe³⁺反應；
觀點2：SO₂與NO₃^-反應；
觀點1中含有亞鐵離子，可以用鐵氰化鉀或酸性高錳酸鉀溶液檢驗；
（4）有緩沖作用的裝置能防倒吸．

解答 解：I．二氧化硫、空氣和碳酸鈣發(fā)生反應I，根據(jù)圖中反應物和生成物知，反應方程式為2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，硫酸鈣發(fā)生一系列反應后得到的產物和KCl反應生成氯化銨和硫酸鉀，根據(jù)復分解反應特點知，反應III中還有一種反應物是硫酸銨，則反應III為2KCl+（NH₄）₂SO₄=2NH₄Cl+K₂SO₄（晶體），二氧化硫、氨水發(fā)生反應II，根據(jù)產物知，反應II的方程式為SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O；
（1）在高溫下碳酸鈣、氧氣和二氧化硫反應生成硫酸鈣和二氧化碳，反應方程式為2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，
故答案為：2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂；
（2）亞硫酸根離子具有還原性，能被氧化劑氧化，為防止亞硫酸根離子被氧化，應該向溶液中加入還原性物質，對苯二酚具有還原性，能被空氣氧化，所以加入對苯二酚的目的是防止生成的亞硫酸銨被氧化，
故選B；
（3）NH₄Cl的溶解度隨溫度的升高而升高，要使氯化銨析出，應該降低氯化銨的溶解度，所以應該采用蒸發(fā)濃縮、降溫結晶的方法，故答案為：蒸發(fā)濃縮、降溫結晶；
（4）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化二氧化硫生成硫酸根離子，自身被還原生成錳離子，離子方程式為5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
n（KMnO₄）=1.000mol/L×0.05L=0.05mol，根據(jù)方程式知n（SO₂）=$\frac{0.05mol}{2}×5$=0.125mol，
m（SO₂）=0.125mol×64g/mol=8g，
尾氣中SO₂的含量=$\frac{二氧化硫質量}{尾氣體積}×100%$=$\frac{8g}{aL}$=$\frac{8}{a}$g/L，
故答案為：$\frac{8}{a}$；
II．A中充入氮氣排出空氣，防止空氣氧化亞硫酸鈉生成硫酸鈉，A中反應方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，二氧化硫和硝酸鐵、氯化鋇在B中發(fā)生反應；
（1）裝置A濃硫酸和亞硫酸鈉反應生成二氧化硫、水和硫酸鈉，反應方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，
故答案為：Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑；
（2）空氣能氧化亞硫酸鈉生成硫酸鈉，為防止亞硫酸鈉被氧化，應該用氮氣將裝置中空氣排出，為排除空氣對實驗的干擾，滴加濃硫酸之前應先通入氮氣，將空氣排出，操作為打開彈簧夾，向裝置中通入一段時間的N₂，關閉彈簧夾，
故答案為：打開彈簧夾，向裝置中通入一段時間的N₂，關閉彈簧夾；
（3）反應開始后，裝置B中產生白色沉淀，白色沉淀的成分是BaSO₄，產生白色沉淀的原因有兩種觀點：
觀點1：SO₂與Fe³⁺反應；
觀點2：酸性條件下，SO₂與NO₃^-反應；
觀點1中含有亞鐵離子，可以用鐵氰化鉀或酸性高錳酸鉀溶液檢驗，亞鐵離子能被酸性高錳酸鉀溶液氧化而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，鐵氰化鉀和亞鐵離子生成特征藍色沉淀，所以可以用酸性高錳酸鉀溶液或鐵氰化鉀檢驗亞鐵離子，
故答案為：BaSO₄；酸性條件下，SO₂與NO₃^-反應；酸性高錳酸鉀溶液或鐵氰化鉀溶液；
（4）有緩沖作用的裝置能防倒吸，其防倒吸的裝置圖為，
故答案為：．

點評 本題考查物質制備、物質性質實驗方案設計，為高頻考點，側重考查學生實驗操作、實驗分析判斷及獲取信息解答問題、綜合應用知識能力，明確實驗原理、物質性質是解本題關鍵，實驗操作、儀器的繪畫是學生學習難點，要多練習．