Question

17．二氧化硫常温下为无色有刺激性气味的有毒气体，易液化，易溶于水．某同学设计如下实验方案，对二氧化硫的化学性质进行探究，装置如图所示．请回答下列问题：

（1）反应结束时烧瓶中Cu由剩余，某同学认为H₂SO₄也有剩余，他设计了下列实验方案来测定剩余H₂SO₄的量．经冷却，定量稀释后进行下列实验，能达到的目的是bc（填序号）
a．用酸碱中和滴定法测定             b．与足量Zn反应，测量生成H2的体积
c．用pH计测溶液PH值              d．与足量BaCl₂溶液反应，称量生成沉淀的质量
（2）装置B的作用是防倒吸（或安全瓶），设计装置C的目的是验证SO₂的还原性，装置C中发生反应的离子方程式SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-，装置D中NaOH全部转化为NaHSO₃的标志是溶液由红色变为无色
（3）向NaHSO₃溶液中加入NaClO溶液时，反应有三种可能情况：
I．HSO₃^-与ClO^-刚好反应完；Ⅱ．NaClO不足；Ⅲ．NaClO过量
甲同学分别取上述混合溶液于试管中，通过下列实验确定该反应属于哪一种情况，请你完成表：（已知酸性：H₂SO₃＞H₂CO₃＞HClO）

实验序号	实验操作	现象	反应的可能情况
①	加入几小块CaCO3固体	有气泡产生
②	滴加少量淀粉KI溶液，振荡		Ⅲ
③	滴加少量溴水，振荡		Ⅱ
④	滴入加少量酸性KMnO4溶液，振荡	溶液为紫色

（4）设计简单实验证明：室温下HSO₃^-的电离平衡常数K_a与水解平衡常数Kb的相对大小常温下，用pH试纸（或pH计）测定NaHSO3溶液的pH，若pH＜7，则K_a＞K_b，若pH＞7，则K_a＜K_b．

Answer 1

分析 （1）证明H₂SO₄也有剩余，则可以检验H⁺或测定稀硫酸的pH确定稀硫酸的存在；
（2）B作安全瓶，可防止倒吸；溴水具有强氧化性，装置C可验证二氧化硫具有还原性，二氧化硫与溴水反应生成HBr和硫酸；结合二氧化硫具有漂白性分析；
（3）①加入几小块CaCO₃固体，生成CO₂气体，溶液显酸性；
②NaClO可氧化KI；
③溴水可氧化HSO₃^-；
④HSO₃^-与高锰酸钾可发生氧化还原反应；
（4）电离显酸性，水解显碱性，则测定pH即可．

解答 解：（1）a．用酸碱中和滴定法测定，由于溶液中存在的铜离子与氢氧根离子反应，无法测定硫酸的量，故a错误；      
 b．反应后剩余的氢离子与足量Zn反应生成氢气，通过测量生成H₂的体积可确定硫酸的量，故b正确；
c．用pH计测溶液pH值，可以确定氢离子浓度，然后可计算出硫酸的量，故c正确；     
d．由于硫酸根离子与氯化钡反应，无法用BaCl₂溶液测定剩余硫酸的量，故d错误；
故答案为：bc；
（2）B装置的集气瓶是空的，可以防止倒吸；
C中发生的反应中S元素的化合价升高，则设计装置C的目的是验证SO₂的还原性，装置C中发生反应的离子方程式是SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-；
装置D中NaOH全部转化为NaHSO₃时碱性降低，装置D中NaOH全部转化为NaHSO₃的标志是溶液由红色变为无色，
故答案为：防倒吸（或安全瓶）；还原；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-；溶液由红色变为无色；
（3）①加入几小块CaCO₃固体，生成CO₂气体，溶液显酸性，可能是Ⅰ或Ⅱ；
②NaClO可氧化KI，则观察到溶液变为蓝色；
③溴水可氧化HSO₃^-，则观察到溴水褪色，
④HSO₃^-与高锰酸钾可发生氧化还原反应，由溶液为紫色可知，不存在HSO₃^-，则I或Ⅲ成立，
故答案为：

实验序号	实验操作	现象	反应的可能情况
①			Ⅰ或Ⅱ
②		溶液变为黄色
③		溴水褪色
④			Ⅰ或Ⅲ

（4）电离显酸性，水解显碱性，则测定pH即可，则设计实验为：常温下，用pH试纸（或pH计）测定NaHSO₃溶液的pH，若pH＜7，则K_a＞K_b，若pH＞7，则K_a＜K_b，
故答案为：常温下，用pH试纸（或pH计）测定NaHSO3溶液的pH，若pH＜7，则K_a＞K_b，若pH＞7，则K_a＜K_b．

点评 本题考查性质实验方案的设计，为高频考点，题目难度中等，把握制备实验装置、原理、物质的性质为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，有利于提高学生的分析、理解能力及灵活应用能力．