Question

7．某实验小组用如图1所示装置对SO₂与BaCl₂溶液和Ba（NO₃）₂溶液反应进行探究 （夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检验）．

（1）B装置的作用是吸收装置A中产生的H₂SO₄酸雾．
（2）实验过程中C、D均出现白色沉淀．实验结束后分别向C、D中加入足量稀盐酸，白色沉淀均不溶解．C、D试管中的白色沉淀的化学式是BaSO₄．
（3）小组同学进一步探究C中出现白色沉淀的原因，获得的实验数据如图2、3所示．
请结合化学用语分别解释图1、2中pH下降的原因．
图2中pH下降的原因：SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-．
图3中pH下降的原因：2SO₂+2H₂O+O₂═2SO₄^2-+4H⁺．
（4）依据以上实验获得的结论，小组同学进一步推断D中产生白色沉淀的原因可能是酸性条件下，SO₂被O₂氧化或被NO₃^-氧化生成SO₄^2-，可以证明其推断的实验方案是在排除O₂干扰前提下，向盛有等体积0.1 mol•L^-1Ba（NO₃）₂溶液的洗气瓶D中通入SO₂，
若出现白色沉淀，则证明酸性条件下NO₃^-氧化了SO₂，反之则说明原D洗气瓶中沉淀的出现是O₂氧化SO₂所致．．
（5）小组同学又进一步设计了如下实验方案：通过相应的实验手段监测并获得SO₂通入Ba（NO₃）₂溶液后，产生白色沉淀过程中NO₃^-浓度随时间变化情况的曲线．小组同学设计此实验方案想进一步探究的实验问题可能是若NO₃^-和O₂均参与反应，则相同条件下二者氧化SO₂的能力或反应速率的差异等．

Answer 1

分析 装置A：加热条件下，Cu和浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；装置B：为除去反应中带出的雾状硫酸，可以将气体通过NaHSO₃溶液；装置C：检验C中二氧化硫在溶液中生成亚硫酸，亚硫酸被氧气氧化成硫酸，白色沉淀为硫酸钡，装置D：检验酸性条件下，硝酸根离子具有氧化性，NO₃^-氧化了SO₂，生成硫酸钡沉淀，最后进行尾气处理．
（1）为防止A中挥发出的硫酸对CD装置实验的干扰，需用饱和的亚硫酸氢钠除去硫酸蒸气；
（2）C、D中加入足量稀盐酸，白色沉淀均不溶解，沉淀为硫酸钡；
（3）图2中pH下降曲线比较平缓，可能为二氧化硫和水反应生成亚硫酸，亚硫酸电离导致PH下降；图3中PH下降曲线属于斜率较大的情况，可能为弱酸亚硫酸被氧化成强酸硫酸所致；
（4）D中产生白色沉淀为硫酸钡，可能为酸性条件下，SO₂被O₂氧化或被NO₃^-氧化生成SO₄^2-；排除SO₂被O₂氧化需排除装置中的氧气，用硝酸钡和二氧化硫进行反应论证；
（5）NO₃^-、O₂氧化二氧化硫的能力不同，据此分析解答．

解答 解：（1）装置A：加热条件下，Cu和浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；浓硫酸的沸点为338℃，加热时酒精灯火焰的温度为400℃～500℃”，说明浓硫酸在温度较高时也能挥发出H₂SO₄蒸气，C、D中有可能是挥发出的H₂SO₄提供的SO₄^2-与Ba²⁺反应生成BaSO₄：SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，需排除，所以用饱和的亚硫酸氢钠溶液吸收吸收装置A中产生的H₂SO₄酸雾，
故答案为：吸收装置A中产生的H₂SO₄酸雾；
（2）由白色沉淀，发现均不溶于稀盐酸，白色沉淀为硫酸钡，装置C：可能是溶液中溶解的氧气与SO₂作用产生了硫酸，进而得到BaSO₄：2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺，
装置D：可能是硝酸根离子具有氧化性，NO₃^-氧化了SO₂，生成硫酸钡沉淀，3SO₂+2NO₃^-+3Ba²⁺+2H₂O=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案为：BaSO₄；
（3）图2中pH下降曲线比较平缓，可能为二氧化硫和水反应生成亚硫酸，亚硫酸电离导致PH下降，反应方程式为：SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-；图3中PH下降曲线属于斜率较大的情况，可能为弱酸亚硫酸被氧化成强酸硫酸所致，反应方程式为：2SO₂+2H₂O+O₂═2SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-；2SO₂+2H₂O+O₂═2SO₄^2-+4H⁺；
（4）酸性条件下，SO₂被O₂氧化成+6价的硫，在溶液中硫酸根离子和钡离子形成沉淀，也可能为SO₂被NO₃^-氧化生成SO₄^2-，为排除氧气的干扰，可在排除O₂干扰前提下，向盛有等体积0.1 mol•L^-1Ba（NO₃）₂溶液的洗气瓶D中通入SO₂，若出现白色沉淀，则证明酸性条件下NO₃^-氧化了SO₂，反之则说明原D洗气瓶中沉淀的出现是O₂氧化SO₂所致，
故答案为：酸性条件下，SO₂被O₂氧化；被NO₃^-氧化生成SO₄^2-；在排除O₂干扰前提下，向盛有等体积0.1 mol•L^-1Ba（NO₃）₂溶液的洗气瓶D中通入SO₂，若出现白色沉淀，则证明酸性条件下NO₃^-氧化了SO₂，反之则说明原D洗气瓶中沉淀的出现是O₂氧化SO₂所致；
（5）不同的氧化剂对同一还原剂氧化能力不同，小组同学设计此实验方案想进一步探究可能为若NO₃^-和O₂均参与反应，则相同条件下二者氧化SO₂的能力或反应速率的差异等，
故答案为：若NO₃^-和O₂均参与反应，则相同条件下二者氧化SO₂的能力或反应速率的差异等．

点评 本题本题是以研究SO₂的性质为载体考查实验方案的评价及性质实验方案的设计，注意把握装置的作用及发生的反应是解答的关键，题目难度中等，培养了学生灵活运用知识的能力．