Question

10．实验室常用亚硫酸钠（Na₂SO₃）固体与稀硫酸（或稀盐酸）在常温下能发生复分解反应，制取二氧化硫气体．请你共同参与某化学兴趣小组对以下问题的探究：
【查阅资料】①二氧化硫气体是无色有刺激性气味的有毒气体，它的密度比空气大，可溶于水生成亚硫酸（H₂SO₃）；②SO₂气体能与KMnO₄溶液反应并能使其颜色变浅或褪色；③CO₂不能与KMnO₄溶液反应．
【探究一】制取二氧化硫
（1）试写出亚硫酸钠（Na₂SO₃）固体与稀硫酸反应的化学方程式：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂0+SO₂↑．
（2）制取并收集二氧化硫时，应选用下图所示的BD装置（填字母）；写出实验室用装置A、C 制取
一种常见气体的化学方程式2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．

（3）某同学设计出如下图1 所示装置制取并检验SO₂的性质．你认为该装置的优点有减少污染（答一点）；滴斗内反应的化学方程式为Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃↓+H₂O．

【探究二】二氧化硫与水反应
化学兴趣小组的同学将制得的二氧化硫气体经过干燥后，通过如上图2 装置进行探究：
实验步骤：①将滴管内的蒸馏水滴到B 瓶中的蓝色石蕊试纸上，试纸颜色没有发生变化；
②通入干燥的SO₂气体，发现A 瓶中试纸不变色，B 瓶中试纸变成红色．
（1）该兴趣小组同学设计的以上实验方案运用了控制变量研究的方法．
（2）通过上述实验能得出的结论是H₂O+SO₂═H₂SO₃（用化学方程式表示）．
（3）小东同学认为，上图2 装置中有一个明显的不足之处，该装置的缺陷是没有收集实验尾气，容易造成空气污染．
【探究三】确定白色固体M 的成分老师交给兴趣小组一包白色固体M，并告知M 的成分为铝粉、亚硫酸钠、
硫酸钠、碳酸钠中的一种或多种．于是，同学们设计如下装置进行探究：（假设装置中的药品均足量，每次反应均完全）操作步骤：倾斜装置A，使稀硫酸（足量）与固体M 充分反应，待反应停止后，B中溶液紫红色变浅并增重，C 中液体增重．反应结束后，量气管共收集到VmL气体．试回答下列问题：

（1）固体M 中一定含有的物质有Al、Na₂SO₃、Na₂CO₃（填化学式）．
（2）B、C装置能否交换位置？为什么？否，B装置用来检验并吸收二氧化硫气体，C装置用来吸收二氧化碳气体，若交换位置，将无法判断是否存在二氧化硫气体，即无法判断M中是否含有亚硫酸钠．
（3）只通过上述实验，还有一种物质在固体M 中是否存在不能确定．为进一步确定该物质是否存在，有同学
提出如下方案：实验完毕后，拆下仪器A，向其中加入BaCl₂溶液，观察是否有沉淀生成．你认为此方案
是否可行？理由是不可行，因为Na₂SO₃、Na₂CO₃与H₂SO₄反应生成Na₂SO₄，若不可行，请提出改进方案可将稀硫酸换成稀盐酸（如上面答“可行”，此空不填）

Answer 1

分析 【探究一】（1）制取装置包括加热和不需加热两种，实验室常用亚硫酸钠（Na₂SO₃）固体与稀硫酸在常温下反应制取二氧化硫气体，且同时生成硫酸钠和水，因此不需要加热；（2）实验室常用亚硫酸钠（Na₂SO₃）固体与稀硫酸在常温下反应制取二氧化硫气体，且同时生成硫酸钠和水，因此不需要加热；二氧化硫的密度比空气的大，溶于水且与水反应生成亚硫酸（H₂SO₃），因此只能用向上排空气法收集；实验室用装置A、C可 制取一种常见气体氧气；
（3）根据二氧化硫与氢氧化钙反应生成亚硫酸钠和水，污染空气的实验尾气不能随意排放分析作答．
【探究二】实验步骤：根据二氧化碳能够和水反应生成碳酸，二氧化硫的化学性质和二氧化碳相似分析解答；
①将滴管内的蒸馏水滴到B 瓶中的蓝色石蕊试纸上，试纸颜色没有发生变化；
②通入干燥的SO₂气体，发现A 瓶中试纸不变色，B 瓶中二氧化硫和水生成了酸使试纸变色，试纸变成红色．
（1）该兴趣小组同学设计的以上实验方案运用了控制变量研究的方法．
（2）通过上述实验能得出的结论是 二氧化硫与水反应生成的酸使试纸变成红色．
（3）上图2 装置中有收集没实验尾气，容易造成空气污染．
【探究三】：倾斜装置A，使稀硫酸（足量）与固体M 充分反应，待反应停止后，B中溶液紫红色变浅并增重，说明A中有能被高锰酸钾溶液氧化的气体生成，能被酸性高锰酸钾氧化的气体为二氧化硫，所以固体M中含有Na₂SO₃；C中液体增重，说明A中还有二氧化碳生成，二氧化碳和氢氧化钠溶液反应导致C装置质量增加，所以固体M中还有Na₂CO₃；反应结束后，量气管共收集到VmL气体，说明经过B、C装置后还有不溶于溶液的气体产生，只能是氢气，所以固体M中还有Al，再结合题目分析解答．

解答 解：【探究一】（1）实验室常用亚硫酸钠（Na₂SO₃）固体与稀硫酸在常温下反应制取二氧化硫气体，且同时生成硫酸钠和水，故答案为：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂0+SO₂↑；
（2）亚硫酸钠（Na₂SO₃）固体与稀硫酸在常温下反应，因此不需要加热；二氧化硫的密度比空气的大，溶于水且与水反应生成亚硫酸（H₂SO₃），因此只能用向上排空气法收集，实验室用装置A、C 在加热条件下使高锰酸钾分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的化学方程式是2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
故答案为：BD；反应的化学方程式是2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（3）某同学设计出如图1所示装置制取并检验SO₂的性质，对污染空气的实验尾气不随意排放．你认为该装置的优点有：减少污染；二氧化硫与氢氧化钙反应生成亚硫酸钠和水，滴斗内反应的化学方程式为：Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃↓+H₂O．
【探究二】①将滴管内的蒸馏水滴到B 瓶中的蓝色石蕊试纸上，试纸颜色没有发生变化；
②通入干燥的SO₂气体，发现A 瓶中试纸不变色，B 瓶中二氧化硫和水生成了酸使试纸变色，试纸变成红色．
（1）该兴趣小组同学设计的以上实验方案运用了控制变量研究的方法．
（2）通过上述实验能得出的结论是 二氧化硫与水反应生成的酸使试纸变成红色，用化学方程式表示：H₂O+SO₂═H₂SO₃．
（3）上图2 装置中没有收集实验尾气，容易造成空气污染，即上图2 装置中有一个明显的不足之处，该装置的缺陷是：没有收集实验尾气，容易造成空气污染．
【探究三】：倾斜装置A，使稀硫酸（足量）与固体M 充分反应，待反应停止后，B中溶液紫红色变浅并增重，说明A中有能被高锰酸钾溶液氧化的气体生成，能被酸性高锰酸钾氧化的气体为二氧化硫，所以固体M中含有Na₂SO₃；C中液体增重，说明A中还有二氧化碳生成，二氧化碳和氢氧化钠溶液反应导致C装置质量增加，所以固体M中还有Na₂CO₃；反应结束后，量气管共收集到VmL气体，说明经过B、C装置后还有不溶于溶液的气体产生，只能是氢气，所以固体M中还有Al，再结合题目分析解答．
（1）通过以上分析可知，固体M 中一定含有的物质有：Al、Na₂SO₃、Na₂CO₃．
（2）B、C装置不能交换位置，因为B装置用来检验并吸收二氧化硫气体，C装置用来吸收二氧化碳气体，若交换位置，将无法判断是否存在二氧化硫气体，即无法判断M中是否含有亚硫酸钠．
（3）通过以上分析可知，还有一种不能确定存在的物质是Na₂SO₄．为进一步确定该物质是否存在，有同学提出如下方案：实验完毕后，拆下仪器A，向其中加入BaCl₂溶液，观察是否有沉淀生成，此方案不可行，因为Na₂SO₃、Na₂CO₃与H₂SO₄反应生成Na₂SO₄，会干扰对结果的判断；可将稀硫酸换成稀盐酸，即能防止如上干扰．
故本题答案为：：【探究一】（1）Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂0+SO₂↑；
（2）BD；2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（3）减少污染；Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃↓+H₂O．
【探究二】②红．
（1）控制变量．
（2）H₂O+SO₂═H₂SO₃．
（3）没有收集实验尾气，容易造成空气污染．
【探究三】：（1）Al、Na₂SO₃、Na₂CO₃．
（2）否，B装置用来检验并吸收二氧化硫气体，C装置用来吸收二氧化碳气体，若交换位置，将无法判断是否存在二氧化硫气体，即无法判断M中是否含有亚硫酸钠．
（3）不可行，因为Na₂SO₃、Na₂CO₃与H₂SO₄反应生成Na₂SO₄，会干扰对结果的判断；将稀硫酸换成稀盐酸．

点评 此题为二氧化碳的水溶液能使石蕊变红的同类题，完成此题时可从题干叙述中提取有用的信息，依据二氧化碳的有关性质类比设计实验证明二氧化硫的性质，能够考查学生的知识迁移能力．