Question

4．某化学兴趣小组的同学为模拟工业制造硫酸的生产过程，设计了如图所示的装置，请根据要求回答问题：

（1）装置A用来制取氧气，写出相应的化学方程式2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（2）燃烧炉内放一定量黄铁矿粉末，在高温条件下和A装置制出的氧气充分反应，其化学方程式为
4FeS₂+11O₂$\underline{\underline{高温}}$2Fe₂O₃+8SO₂，在该反应中O₂做氧化剂，若消耗了12gFeS₂有1.1mol电子发生了转移；
（3）C装置为净化装置，若无该装置，将混合气体直接通入D装置，除对设备有腐蚀外，还会造成的后果是催化剂中毒；
（4）如果D装置的温度是400℃～500℃，在常压下生成0.1molSO₃，可放出9.83kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式2SO₃（g）+O₂（g）=2SO₂（g）△H=-196.6KJ/mol，并回答在工业中不采取加压措施的原因反应常压下二氧化硫转化率已经很大，增大压强二氧化硫转化率增大不多，且对设备要求高；
（5）为检验从接触室出来的气体成分，甲同学设计如下实验：

①A中盛放的试剂是BaCl₂溶液；
②B中盛放98.3%浓硫酸的作用是除SO₃气体，乙同学提出可用饱和NaHSO₃溶液代替98.3%的浓硫酸，请你判断乙同学的方案不可行（填“可行”或“不可行”），说明理由SO₃与NaHSO₃反应生成SO₂，对实验结果造成干扰；
③C中盛放的试剂是酸性KMnO₄溶液或溴水，其作用是检验并吸收SO₂．

Answer 1

分析 （1）实验室制取氧气常用方法有：①2KClO₃$\frac{\underline{催化剂}}{△}$KCl+3O₂↑、②2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑、③2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、④2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，①和②的装置采用固体+固体$\stackrel{△}{→}$气体的典型装置，③和④的装置采用固体+液体→气体的典型装置．
（2）化学反应中元素化合价降低的物质做氧化剂；
（3）从沸腾炉中出来的成分为SO₂、O₂、N₂、水蒸气、灰尘、砷硒化合物等；
（4）如果D装置的温度是400℃～500℃，在常压下生成0.1molSO₃，可放出9.83kJ的热量，则生成2molSO₃放热196.6KJ，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式，二氧化硫催化氧化为三氧化硫的反应在常压下转化率很高，增大压强二氧化硫的转化率增大不大；
（5）从接触室出来的气体成分SO₂、O₂、N₂、SO₃，从实验装置分析，主要是为了检验SO₂、SO₃气体，SO₃气体可溶解与浓硫酸中，所以装置B采用98.3%的浓硫酸目的是除去SO₃气体的，则SO₃气体的检验只能在装置A中进行，SO₂气体的检验吸收则在装置C中进行，选用高锰酸钾溶液或溴水溶液．

解答 解（1）实验室制取氧气常用方法有：①2KClO₃$\frac{\underline{催化剂}}{△}$KCl+3O₂↑、②2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑、③2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、④2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，①和②的装置采用固体+固体$\stackrel{加热}{→}$气体的典型装置，③和④的装置采用固体+液体→气体的典型装置，装置A中锥形瓶盛放固体、分液漏斗盛放液体，所以装置A符合固体+液体→气体的典型装置，
可以采用2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑反应原理制取氧气．
故答案为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（2）沸腾炉中黄铁矿与氧气的反应为：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂ ，元素化合价降低的做氧化剂，氧元素化合价0价变化为-2价，氧气做氧化剂，铁元素和硫元素化合价升高做还原剂，硫元素化合价-1价变化为+4价，铁元素化合价+2价变化为+3价，反应4molFeS₂电子转移44mol，若消耗了12gFeS₂物质的量=$\frac{12g}{120g/mol}$=0.1mol，则电子转移1.1mol，
故答案为：O₂；1.1；
（3）从沸腾炉中出来的成分为SO₂、O₂、N₂、水蒸气、灰尘、砷硒化合物等，C装置为净化装置，若无该装置，将混合气体直接通入D装置，除对设备有腐蚀外，还会造成的后果是，砷硒化合物能导致催化剂失去催化活性，所以在进入接触室前要除去水蒸气、灰尘、砷硒化合物，
故答案为：催化剂中毒；
（4）如果D装置的温度是400℃～500℃，在常压下生成0.1molSO₃，可放出9.83kJ的热量，则生成2molSO₃放热196.6KJ，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式，反应常压下二氧化硫转化率已经很大，增大压强二氧化硫转化率增大不多，且对设备要求高，所以工业中不采取加压措施，
故答案为：2SO₃（g）+O₂（g）=2SO₂（g）△H=-196.6KJ/mol；反应常压下二氧化硫转化率已经很大，增大压强二氧化硫转化率增大不多，且对设备要求高；
（5）从接触室出来的气体成分SO₂、O₂、N₂、SO₃，从实验装置分析，主要是为了检验SO₂、SO₃气体，SO₃气体可溶解与浓硫酸中，所以装置B采用98.3%的浓硫酸目的是除去SO₃气体的，则SO₃气体的检验只能在装置A中进行，SO₂气体的检验则在装置C中进行．
①SO₃气体的检验利用BaCl₂溶液，BaCl₂溶液可与SO₃气体反应：BaCl₂+SO₃+H₂O═BaSO₄↓+2HCl，而BaCl₂溶液不与SO₂气体反应，所以观察到装置A中出现白色沉淀，则可确定气体中含有SO₃气体，
故答案为：BaCl₂溶液；
②装置B采用98.3%的浓硫酸目的是除去SO₃气体，如果采用饱和NaHSO₃溶液代替98.3%的浓硫酸，则饱和NaHSO₃溶液既可吸收SO₃气体，反应方程式为：2NaHSO₃+SO₃═Na₂SO₄+2SO₂↑+H₂O，该反应生成SO₂气体，会影响后面装置C中SO₂气体的检验，
故答案为：除去SO₃气体；不可行；SO₃与NaHSO₃反应生成SO₂，对实验结果造成干扰；
③SO₂气体的检验利用品红溶液或溴水或酸性KMnO₄溶液等，SO₂气体可使品红溶液的红色褪色，再加热又恢复红色；SO₂气体可使溴水的橙色褪色，反应为：SO₂+Br₂+2H₂O═H₂SO₄+2HBr，SO₂气体可使酸性KMnO₄溶液紫色褪色，反应为：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄；
故答案为：酸性KMnO₄溶液或溴水；检验并吸收SO₂．

点评 本题主要考查计算能力、分析能力、实验设计能力，要求较高，需要扎实的基础知识作依托，尤其是检验从接触室出来的气体成分需要有对知识的综合运用和迁移能力，题目难度中等．