Question

5．某研究小组探究在加热条件下FeSO₄分解的气体产物及相关性质．已知：SO₂的沸点为-10℃、SO₃的沸点为44.8℃．
Ⅰ．用如图所示装置设计实验，验证分解FeSO₄生成的气态产物．

（1）实验前必须进行的操作是检查装置气密性．
（2）按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺序：a→d→e→f→g→b→c．
（3）若观察到装置丙中有无色液体产生，装置丁中溶液变成无色，则 FeSO₄分解的化学方程式为2FeSO₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
Ⅱ．为探究SO₂使品红溶液褪色的原理，进行如下实验：
实验1：将稀盐酸和NaOH溶液分别滴入品红水溶液中．观察到前者溶液颜色变浅，但未能完全褪色，后者溶液颜色几乎不变．
实验2：在滴有稀盐酸和NaOH溶液的两份品红水溶液中分别通入SO₂．观察到前者溶液逐渐褪色，后者溶液很快褪色．
实验3：在两份品红水溶液中分别加入一小粒Na₂SO₃固体和NaHSO₃固体，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢．
（1）由实验1可推测品红水溶液呈碱性．
（2）由实验2、3可推知，使品红水溶液褪色的主要微粒是SO₃^2-（填化学式）．
（3）若将SO₂通入品红的无水乙醇溶液，试预测可能出现的现象品红的无水乙醇溶液不褪色．
（4）加热溶有Na₂SO₃的品红水溶液，发现不能恢复红色，试解释原因Na₂SO₃溶液中的c（SO₃^2-）大，加热后水解程度增大，但仍无法除尽．

Answer 1

分析 I．甲装置为FeSO₄在高温下分解生成Fe₂O₃、SO₃和SO₂的装置，三氧化硫易和水反应生成硫酸，三氧化硫熔点高，故先用（丙装置）冰水混合物使三氧化硫液化，丁中装有品红溶液，检验二氧化硫，二氧化硫有毒，会污染空气，故用（乙装置）氢氧化钠溶液吸收．
（1）连接好装置后必须进行检查装置气密性，确保装置气密性良好，避免SO₃和SO₂泄漏污染空气以及影响实验的进行；
（2）甲装置为FeSO₄在高温下分解装置，乙装置为吸收尾气装置，丙装置冰水混合物使三氧化硫液化，丁装置用品红溶液检验二氧化硫，据此分析选择连接口；
（3）若观察到装置丙中有无色液体产生为水，装置丁中溶液变成无色有二氧化硫产生，FeSO₄分解生成Fe₂O₃、SO₃和SO₂．
Ⅱ．（1）品红在碱性溶液中颜色不变，在酸性溶液中褪色，为酸和碱的中和反应，即品红显示碱性；
（2）对照实验2、3，分析可知SO₃^2-使品红水溶液褪色；
（3）乙醇为非电解质，乙醇为有机物与品红互溶，将SO₂通入品红的无水乙醇溶液，品红的无水乙醇溶液不褪色；
（4）加热溶有Na₂SO₃的品红水溶液，发现不能恢复红色，Na₂SO₃溶液中的c（SO₃^2-）大，加热后水解程度增大，但仍无法除尽SO₃^2-．

解答 解：I．（1）该实验装置中连接了多个仪器，且SO₃和SO₂是有毒气体，为避免SO₃和SO₂泄漏，污染空气、浪费试剂，且保证实验的顺利进行，所以在实验前需要检验装置气密性，
故答案为：检查装置气密性；
（2）甲装置为FeSO₄在高温下分解生成Fe₂O₃、SO₃和SO₂的装置，三氧化硫易和水反应生成硫酸，三氧化硫熔点高，故先用冰水混合物使三氧化硫液化，即a和d相连，检验二氧化硫用品红溶液，丁中装有品红溶液，即e和f相连，二氧化硫有毒，会污染空气，故用氢氧化钠溶液吸收，即g和b相连，所以按气流方向连接各仪器连接顺序为a→d→e→f→g→b→c，
故答案为：d→e→f→g→b→c；
（3）d→e→f→g→b→c（2分）
（3）若观察到装置丙中有无色液体产生为水，装置丁中溶液变成无色有二氧化硫产生，FeSO₄分解生成Fe₂O₃、SO₃和SO₂，反应的方程式为：2FeSO₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑，
故答案为：2FeSO₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
II．（1）将稀盐酸和NaOH溶液分别滴入品红水溶液中．观察到前者溶液颜色变浅，可能品红显示碱性，为酸和碱的中和反应，在酸性溶液中褪色，品红在碱性溶液中颜色不变，
故答案为：碱；
（2）实验2：二氧化硫溶于水显酸性，电离出氢离子、亚硫酸根离子、亚硫酸氢根离子，在滴有稀盐酸和NaOH溶液的两份品红水溶液中分别通入SO₂，观察到前者溶液逐渐褪色，可能品红显示碱性，为酸和碱的中和反应，也可能为亚硫酸根离子、亚硫酸氢根离子使品红水溶液褪色，
后者溶液很快褪色，可能为二氧化硫和碱反应，2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O，NaOH溶液碱性减弱，品红显示碱性，二氧化硫与之反应，溶液很快褪色，也可能为亚硫酸根离子使品红水溶液褪色．
实验3：在两份品红水溶液中分别加入一小粒Na₂SO₃固体和NaHSO₃固体，前者溶液很快褪色，为亚硫酸根离子的作用，后者溶液褪色很慢，说明不是钠离子作用，对照实验2：SO₃^2-使品红水溶液褪色，
故答案为：SO₃^2-；
（3）乙醇为非电解质，乙醇为有机物与品红互溶，品红的无水乙醇溶液无离子存在，将SO₂通入品红的无水乙醇溶液，试预测可能出现的现象品红的无水乙醇溶液不褪色，
故答案为：品红的无水乙醇溶液不褪色；
（4）由实验2、3可推知，SO₃^2-使品红水溶液褪色，Na₂SO₃溶液中的c（SO₃^2-）大，加热后水解程度增大，但仍无法除尽SO₃^2-，所以加热溶有Na₂SO₃的品红水溶液，发现不能恢复红色，
故答案为：Na₂SO₃溶液中的c（SO₃^2-）大，加热后水解程度增大，但仍无法除尽．

点评 本题考查验证分解FeSO₄生成的气态产物实验、实验方案设计评价，题目难度中等，明确实验原理是解本题关键，根据物质的性质分析解答，注意硫元素化合物知识的积累和灵活运用，探究SO₂使品红溶液褪色的原理为该题的难点．