Question

20．直接排放含SO₂的煙氣會(huì)形成酸雨，危害環(huán)境．某化學(xué)興趣小組進(jìn)行如下有關(guān)SO₂性質(zhì)和含量測(cè)定的探究活動(dòng)．

（1）裝置A中儀器a的名稱為分液漏斗．若利用裝置A中產(chǎn)生的氣體證明+4價(jià)的硫元素具有氧化性，試用化學(xué)方程式表示該實(shí)驗(yàn)方案的反應(yīng)原理SO₂+2H₂S=3S↓+2H₂O 或 SO₂+2Na₂S+2H₂O=3S↓+4NaOH．
（2）選用圖4中的裝置和藥品探究亞硫酸與次氯酸的酸性強(qiáng)弱：
①甲同學(xué)認(rèn)為按A→C→F→尾氣處理順序連接裝置可以證明亞硫酸和次氯酸的酸性強(qiáng)弱，乙同學(xué)認(rèn)為該方案不合理，其理由是二氧化硫通入次氯酸鈣溶液發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，不能證明強(qiáng)酸制備弱酸的原理．
②丙同學(xué)設(shè)計(jì)的合理實(shí)驗(yàn)方案為：按照A→C→B→E→D→F→尾氣處理（填字母） 順序連接裝置．證明亞硫酸的酸性強(qiáng)于次氯酸的酸性的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是裝置D中品紅溶液不褪色，F(xiàn)中出現(xiàn)白色沉淀．
③其中裝置C的作用是除去HC1氣體以免影響后面的實(shí)驗(yàn)．常溫下，測(cè)得裝置C中飽和NaHSO₃溶液的pH≈5，則該溶液中所有離子的濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．（已知0.1mol/L的H₂SO₃溶液pH＞1）
（3）為了測(cè)定裝置A殘液中SO₂的含量，量取10.00mL殘液于圓底燒瓶中，加熱使SO₂ 全部蒸出，用20.00mL0.0500mol/L的KMnO₄溶液吸收．充分反應(yīng)后，再用0.2000mol/L的KI標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過(guò)量的KMnO₄，消耗KI溶液15.00mL．
已知：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺
10I^-+2MnO₄^-+16H⁺═2Mn²⁺+5I₂+8H₂O
①殘液中SO₂的含量為6.4g•L^-1．
②若滴定過(guò)程中不慎將KI標(biāo)準(zhǔn)溶液滴出錐形瓶外少許，使測(cè)定結(jié)果偏低（填“偏高”、“偏低”或“無(wú)影響”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)儀器的特征以及常見(jiàn)儀器的名稱進(jìn)行解答，氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)降低的元素具有氧化性，二氧化硫與氫硫酸或硫化鈉反應(yīng)生成硫，反應(yīng)中二氧化硫表現(xiàn)氧化性；
（2）①按照A→C→F順序連接裝置，其中飽和的亞硫酸氫鈉除去HCl，二氧化硫通入次氯酸鈣溶液發(fā)生了氧化還原反應(yīng)；
②次氯酸具有強(qiáng)氧化性、二氧化硫具有還原性，不能利用二氧化硫與次氯酸鈣直接反應(yīng)判斷亞硫酸與次氯酸的酸性強(qiáng)弱，先驗(yàn)證亞硫酸酸性比碳酸強(qiáng)，再結(jié)合碳酸酸性比HClO強(qiáng)堿性判斷；A裝置制備二氧化硫，由于鹽酸易揮發(fā)，制備的二氧化硫中混有HCl，用飽和的亞硫酸氫鈉除去HCl，再通過(guò)碳酸氫鈉溶液，可以驗(yàn)證亞硫酸酸性比碳酸強(qiáng)，用酸性高錳酸鉀溶液氧化除去二氧化碳中的二氧化硫，用品紅溶液檢驗(yàn)二氧化碳中二氧化硫是否除盡，再通入F中；
③用飽和的亞硫酸氫鈉除去HCl，NaHSO₃溶液呈酸性，NaHSO₃溶液中存在亞硫酸氫根的水解與電離，水解導(dǎo)致其呈堿性，電離導(dǎo)致其呈酸性，據(jù)此分析：電離程度大于水解程度；
（3）①根據(jù)關(guān)系式：10I^-+2MnO₄^-+16H⁺=2Mn²⁺+5I₂+8H₂O計(jì)算過(guò)量的KMnO₄，再根據(jù)5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺計(jì)算殘液中SO₂的含量；
②滴定中不慎將錐形瓶?jī)?nèi)液體搖出少量于瓶外，導(dǎo)致滴定過(guò)量的KMnO₄體積計(jì)算偏大．

解答 解：（1）裝置A中儀器a是有活塞能控制滴加速率的漏斗，名稱是分液漏斗，氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)降低的元素具有氧化性，利用裝置A中產(chǎn)生的氣體證明+4價(jià)的硫元素具有氧化性，硫的化合價(jià)需降低，二氧化硫與氫硫酸反應(yīng)生成硫，反應(yīng)中二氧化硫+4價(jià)的硫降為為0價(jià)的硫，表現(xiàn)氧化性，反應(yīng)的方程式為：SO₂+2H₂S=3S↓+2H₂O，或用可溶性的硫化物與二氧化硫反應(yīng)，反應(yīng)的方程式為：SO₂+2Na₂S+2H₂O=3S↓+4NaOH，
故答案為：分液漏斗；SO₂+2H₂S=3S↓+2H₂O或 SO₂+2Na₂S+2H₂O=3S↓+4NaOH；
（2）①按照A→C→F順序連接裝置，A裝置制備二氧化硫，C裝置：飽和的亞硫酸氫鈉除去HCl，F(xiàn)裝置：二氧化硫通入次氯酸鈣溶液發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，不能證明強(qiáng)酸制備弱酸的原理，不能證明亞硫酸和次氯酸的酸性強(qiáng)弱，
故答案為：二氧化硫通入次氯酸鈣溶液發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，不能證明強(qiáng)酸制備弱酸的原理；
②次氯酸具有強(qiáng)氧化性、二氧化硫具有還原性，不能利用二氧化硫與次氯酸鈣直接反應(yīng)判斷亞硫酸與次氯酸的酸性強(qiáng)弱，先驗(yàn)證亞硫酸酸性比碳酸強(qiáng)，再結(jié)合碳酸酸性比HClO強(qiáng)堿性判斷．A裝置制備二氧化硫，由于鹽酸易揮發(fā)，制備的二氧化硫中混有HCl，用飽和的亞硫酸氫鈉除去HCl，再通過(guò)碳酸氫鈉溶液，可以驗(yàn)證亞硫酸酸性比碳酸強(qiáng)，用酸性高錳酸鉀溶液氧化除去二氧化碳中的二氧化硫，用品紅溶液檢驗(yàn)二氧化碳中二氧化硫是否除盡，再通入F中，則裝置連接順序?yàn)锳、C、B、E、D、F，其中裝置C的作用是除去HCl氣體，D中品紅不褪色，F(xiàn)中出現(xiàn)白色沉淀，可證明亞硫酸的酸性強(qiáng)于次氯酸，
故答案為：B→E→D；裝置D中品紅溶液不褪色，F(xiàn)中出現(xiàn)白色沉淀；
③A裝置制備二氧化硫，由于鹽酸易揮發(fā)，制備的二氧化硫中混有HCl，用飽和的亞硫酸氫鈉除去HCl，裝置C的作用是除去HC1氣體以免影響后面的實(shí)驗(yàn)，NaHSO₃溶液呈酸性，NaHSO₃溶液中存在亞硫酸氫根的水解與電離，水解導(dǎo)致其呈堿性，電離導(dǎo)致其呈酸性，據(jù)此分析：電離程度大于水解程度；故離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
故答案為：除去HC1氣體以免影響后面的實(shí)驗(yàn)；c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；
（3）①由10I^-+2MnO₄^-+16H⁺=2Mn²⁺+5I₂+8H₂O，則過(guò)量的KMnO₄物質(zhì)的量為$\frac{1}{5}$×0.200mol/L×0.015L=0.0006mol，
所以與殘液中SO₂反應(yīng)的KMnO₄物質(zhì)的量為0.02L×0.05000mol/L-0.0006mol=0.0004mol，
又5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，則殘液中SO₂含量為0.0004mol×$\frac{5}{2}$=0.001mol，所以殘液中SO₂的含量為$\frac{0.001mol×64g/mol}{10mL×1{0}^{-3}L/mL}$=6.4g•L^-1，
故答案為：6.4；
②KI是用來(lái)滴定過(guò)量的KMnO₄，若滴定中不慎將錐形瓶?jī)?nèi)液體搖出少量于瓶外，導(dǎo)致所用KMnO₄體積計(jì)算偏大，與殘液中SO₂反應(yīng)的KMnO₄物質(zhì)的量偏小，殘液中SO₂含量偏低，
故答案為：偏低．

點(diǎn)評(píng) 本題考查有關(guān)SO₂性質(zhì)和含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)，涉及裝置分析與評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、儀器使用、化學(xué)計(jì)算等，關(guān)鍵是明確實(shí)驗(yàn)原理，較好的考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合能力與知識(shí)遷移應(yīng)用，題目難度中等．