Question

14．某研究小组用如图装置探究SO₂和Fe（NO₃）₃溶液的反应：
已知：1.0mol•L^-1的Fe（NO₃）₃溶液的pH=1，请回答下列问题：

（1）滴加浓硫酸之前，先通氮气的目的是排除空气对实验的干扰，C装置的作用是吸收SO₂等尾气．
（2）充分反应后，能说明SO₂和Fe（NO₃）₃溶液发生反应的实验现象是B中产生了白色沉淀．
（3）为探究SO₂和Fe（NO₃）₃溶液发生反应的原理，该研究小组提出如下猜想：
猜想1：SO₂与Fe³⁺反应；
猜想2：在酸性条件下SO₂与NO₃^-反应；
猜想3：SO₂和Fe³⁺、酸性条件下NO₃^-都反应
①若猜想1成立，装置B中反应的离子方程式是SO₂+2Fe³⁺+Ba²⁺+2H₂O=BaSO₄↓+2Fe²⁺+4H⁺；若要检验Fe³⁺是否耗尽，所需试剂的化学式是KSCN溶液．
②若猜想2成立，还必须选用下列试剂中的ac（填字母）与SO₂反应来进一步验证．
a．NaNO₃与BaCl₂的混合溶液
b．FeCl₃，NaNO₃的混合溶液
c．FeCl₃与BaCl₂的混合溶液．
（4）SO₂为空气污染物，研究小组为测定某工厂区空气中SO₂的含量，取10m³（标准状况下）空气，缓慢通过足量溴水中，在所得溶液中加入过量的BaCl₂溶液，将产生的白色沉淀洗涤、干燥，称得质量为0.4660g，则此空气中SO₂的浓度为12.8mg•m^-3．

Answer 1

分析 （1）氧气能将SO₂氧化，所以鼓入氮气的目的是排净空气防止干扰实验；未反应完的SO₂会污染环境；
（2）SO₂具有还原性，酸性条件下，能被硝酸根离子或铁离子氧化生成硫酸根离子，硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡白色沉淀；
（3）Fe³⁺、酸性条件下NO₃^-都具有氧化性，都可与SO₂反应；
①Fe³⁺具有氧化性，可将二氧化硫氧化成硫酸根，本身被还原成二价铁，根据反应产物进行书写；检验溶液中Fe³⁺存在通常用KSCN溶液，溶液变红，说明Fe³⁺存在；
②若猜想2成立，则需证明在酸性条件下SO₂与NO₃^-反应以及SO₂与Fe³⁺不反应；
（4）根据题意可知，发生的反应有：SO₂+Br₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，由上述反应根据元素守恒可以得出二氧化硫与硫酸钡之间的关系，由硫酸钡的质量可求出二氧化硫的质量，再求出空气中SO₂的浓度；

解答 解：（1）氧气能将SO₂氧化，所以如果装置中含有氧气，会干扰实验，所以排入氮气的目的是排净空气防止干扰实验；未反应完的SO₂会污染环境，所以C装置的作用是吸收SO₂等尾气；
故答案为：排除空气对实验的干扰；吸收SO₂等尾气；
（2）SO₂具有还原性，酸性条件下，能被硝酸根离子或铁离子氧化生成硫酸根离子，硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡白色沉淀，故答案为：B中产生了白色沉淀；
（3）Fe³⁺、酸性条件下NO₃^-都能氧化SO₂，即SO₂和Fe³⁺、酸性条件下的NO₃^-都反应；
故答案为：SO₂和Fe³⁺、酸性条件下NO₃^-都反应；
①若猜想1成立，Fe³⁺具有氧化性，可将二氧化硫氧化成硫酸根，本身被还原成二价铁，反应的离子方程式是SO₂+2Fe³⁺+Ba²⁺+2H₂O=BaSO₄↓+2Fe²⁺+4H⁺；检验溶液中Fe³⁺存在通常用KSCN溶液，取少量溶液与试管中，滴加KSCN溶液，溶液变红说明Fe³⁺存在，
故答案为②：SO₂+2Fe³⁺+Ba²⁺+2H₂O=BaSO₄↓+2Fe²⁺+4H⁺；KSCN溶液；
②若猜想2成立，则需证明在酸性条件下SO₂与NO₃^-反应，则选用NaNO₃与BaCl₂的混合溶液，出现白色沉淀，以及SO₂与Fe³⁺不反应，则选用FeCl₃与BaCl₂的混合溶液，无现象；
故选：ac；
（4）设SO₂的质量为x，由反应SO₂+Br₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl可得：
   SO₂～H₂SO₄～BaSO₄
   64         233
   x        0.4660g
$\frac{64}{233}$=$\frac{x}{0.466g}$解得：x=0.128g=128mg，
则空气中SO₂的浓度为$\frac{128mg}{10m{\;}^{3}}$=12.8 mg/m³；
故答案为：12.8 mg/m³．

点评 本题属于实验探究题，要根据实验原理提出假设，再结合物质的性质加以验证，侧重于考查学生的实验探究能力和对知识的应用能力，题目难度中等．