Question

9．煙氣中含有SO2等大量有害的物質(zhì)，煙氣除硫的方法有多種，其中石灰石法煙氣除硫工藝的主要反應(yīng)如下：
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
（1）試寫出由石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的熱化學(xué)方程式2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol．

甲乙兩同學(xué)分別對含+4價硫元素的物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行了探究．
（2）甲用右圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（氣密性已檢驗(yàn)，加熱和夾持裝置已略去）．實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時間后，C、D中都出現(xiàn)明顯的白色沉淀，經(jīng)檢驗(yàn)均為BaSO₄．
①A中反應(yīng)的化學(xué)方程式是Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
②為探究SO₂在D中所發(fā)生的反應(yīng)，甲進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)白色沉淀的過程中，D溶液中NO₃^-濃度幾乎不變．甲據(jù)此得出結(jié)論：D中出現(xiàn)白色沉淀的主要原因是酸性條件下，含+4價硫元素物質(zhì)（SO₂或H₂SO₃）被O₂氧化生成SO₄^2-．
（3）乙用如下實(shí)驗(yàn)對含+4價硫元素的物質(zhì)性質(zhì)繼續(xù)進(jìn)行探究．

序號	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
1	取0.3g 純凈Na2SO3固體，向其中加入10mL2mol•L-1鹽酸，再滴入4滴BaCl2溶液	產(chǎn)生無色氣泡；滴入BaCl2溶液后，開始無現(xiàn)象，4min后，溶液變渾濁
2	取0.3g 純凈Na2SO3固體，向其中加入10mL 2mol•L-1 HNO3，再滴入4滴BaCl2溶液	產(chǎn)生無色氣泡；滴入BaCl2溶液后，開始無現(xiàn)象，2h后，溶液變渾濁
3	取0.3g 純凈Na2SO3固體，向其中加入10mL 濃HNO3，再滴入4滴BaCl2溶液	產(chǎn)生紅棕色氣體；滴入BaCl2溶液后，溶液立即產(chǎn)生大量白色沉淀

①用化學(xué)方程式解釋實(shí)驗(yàn)1中產(chǎn)生現(xiàn)象的原因：2H⁺+SO₃^2-═SO₂+H₂O，2SO₂+O₂+2Ba²⁺+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺或2H₂SO₃+O₂+2Ba²⁺═2BaSO₄↓+4H⁺．
②由實(shí)驗(yàn)1、2、3對比，可以得到推論含+4價硫元素物質(zhì)可被O₂和濃HNO₃氧化．
③乙通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，Na⁺對實(shí)驗(yàn)1和2中出現(xiàn)渾濁的時間無影響，于是進(jìn)一步探究Cl^-和NO₃^-對其的影響：

序號	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
4	取固體混合物，向其中加入10mL2mol•L-1 HNO3，再滴入4滴BaCl2溶液	產(chǎn)生無色氣泡；滴入BaCl2溶液后，開始無現(xiàn)象，20min后，溶液變渾濁

i．實(shí)驗(yàn)2和4對比，乙獲得推論：Cl^-的存在可以加快溶液中+4價硫元素的氧化；
ii．實(shí)驗(yàn)1和4對比，乙獲得推論：硝酸根離子減慢+4價硫的化合物的氧化；．
（4）已知，25℃時，BaSO₄的K_sp為1×10^-10，硫酸鋇的溶解度約是2.33×10^-4g．

Answer 1

分析 （1）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的反應(yīng)為2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)等于Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ，計算△H；
（2）①銅和濃硫酸加熱發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
②出現(xiàn)白色沉淀的過程中，D溶液中NO₃^-濃度幾乎不變說明酸性溶液中二氧化硫會被氧氣氧化生成硫酸，結(jié)合鋇離子生成硫酸鋇沉淀；
（3）①取0.3g 純凈Na₂SO₃固體，向其中加入10mL 2mol•L^-1 鹽酸，再滴入4滴BaCl₂溶液，產(chǎn)生無色氣泡為二氧化硫氣體，滴入BaCl₂溶液后，開始無現(xiàn)象，4min后，溶液變渾濁，說明二氧化硫被空氣中氧氣氧化生成硫酸，結(jié)合鋇離子生成硫酸鋇白色沉淀；
②由實(shí)驗(yàn)1、2、3對比可知氧氣、濃硝酸都可以氧化二氧化硫；
③探究Cl^-和NO₃^-對其的影響，
i．實(shí)驗(yàn)2和4對比，乙獲得推論：Cl^-的存在可以加快溶液中+4價硫元素的氧化；
ii．實(shí)驗(yàn)1和4對比，不同的是鹽酸和硝酸，氯離子相同，出現(xiàn)沉淀的時間是鹽酸溶液中快，乙獲得推論是硝酸根離子減慢+4價硫的化合物的氧化；
（4）根據(jù)BaSO₄溶液中存在的沉淀溶解平衡BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）可知，Ksp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•（SO₄^2-），且c（Ba²⁺）=（SO₄^2-），據(jù)此可計算出溶液中溶解的硫酸鋇的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)S=$\frac{溶質(zhì)的質(zhì)量}{溶劑質(zhì)量}$×100g計算．

解答 解：（1）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的反應(yīng)為2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)等于Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ，計算△H=+178.2×2+（-402）×2+（-234.2）=-681.8kJ/mol，
故答案為：2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol；
（2）①銅和濃硫酸加熱發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
②為探究SO₂在D中所發(fā)生的反應(yīng)，甲進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)白色沉淀的過程中，D溶液中NO₃^-濃度幾乎不變．甲據(jù)此得出結(jié)論：D中出現(xiàn)白色沉淀的主要原因是酸性溶液中二氧化硫會被氧氣氧化生成硫酸，結(jié)合鋇離子，也能生成硫酸鋇沉淀，
故答案為：酸性條件下，含+4價硫元素物質(zhì)（SO₂或H₂SO₃）被O₂氧化生成SO₄^2-；
（3）①取0.3g 純凈Na₂SO₃固體，向其中加入10mL 2mol•L^-1 鹽酸，再滴入4滴BaCl₂溶液，產(chǎn)生無色氣泡為二氧化硫氣體，滴入BaCl₂溶液后，開始無現(xiàn)象，4min后，溶液變渾濁，說明二氧化硫被空氣中氧氣氧化生成硫酸，結(jié)合鋇離子生成硫酸鋇白色沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：2H⁺+SO₃^2-═SO₂+H₂O，2SO₂+O₂+2Ba²⁺+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺或2H₂SO₃+O₂+2Ba²⁺═2BaSO₄↓+4H⁺，
故答案為：2H⁺+SO₃^2-═SO₂+H₂O，2SO₂+O₂+2Ba²⁺+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺或2H₂SO₃+O₂+2Ba²⁺═2BaSO₄↓+4H⁺；
②由實(shí)驗(yàn)1說明空氣中氧氣也可以氧化+4價硫元素的化合物，實(shí)驗(yàn)2說明硝酸溶液中硝酸根離子對氧化反應(yīng)起到減慢作用，出現(xiàn)沉淀時間長，實(shí)驗(yàn)3是濃硝酸能氧化+4價硫元素化合物生成硫酸根離子，出現(xiàn)沉淀快，對比可知氧氣、濃硝酸都可以氧化二氧化硫，
故答案為：含+4價硫元素物質(zhì)可被O₂和濃HNO₃氧化；
③探究Cl^-和NO₃^-對其的影響，
i．實(shí)驗(yàn)2和4對比，乙獲得推論：Cl^-的存在可以加快溶液中+4價硫元素的氧化，
故答案為：Cl^-的存在可以加快溶液中+4價硫元素的氧化；
ii．實(shí)驗(yàn)1和4對比，不同的是鹽酸和硝酸，氯離子相同，出現(xiàn)沉淀的時間是鹽酸溶液中快，乙獲得推論是硝酸根離子減慢+4價硫的化合物的氧化，實(shí)驗(yàn)1和4對比，乙獲得推論是：NO₃^-的存在可以減慢溶液中+4價硫元素的氧化，
故答案為：NO₃^-的存在可以減慢溶液中+4價硫元素的氧化；
（4）根據(jù)BaSO₄溶液中存在的沉淀溶解平衡BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）可知，Ksp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•（SO₄^2-），且c（Ba²⁺）=（SO₄^2-），所以溶液中c（BaSO₄）=（SO₄^2-）=$\sqrt{Ksp（BaS{O}_{4}）}$=1.0×10^-5mol•L^-1，設(shè)溶液的體積為1L，則溶液中水的質(zhì)量約為1000g，所含有硫酸鋇的物質(zhì)的量為1.0×10^-5mol，所以硫酸鋇的溶解度=$\frac{1.0×1{0}^{-5}mol×233g/mol}{1000g}$×100g=2.33×10^-4g，
故答案為：2.33×10^-4g．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)驗(yàn)方案的分析和設(shè)計、主要是反應(yīng)現(xiàn)象的不同原因分析判斷，實(shí)驗(yàn)對比分析是探究實(shí)驗(yàn)的常用方法，注意信息提取和現(xiàn)象的理解應(yīng)用，題目難度較大．