Question

6．SO₂的防治与利用对于环境保护意义重大．某小组在实验室中对SO₂的性质及回收利用等相关问题进行探究．
（1）用图1装置制备纯净的SO₂，发生装置中反应的化学方程式为2NaHSO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或NaHSO₃+H₂SO₄═NaHSO₄+H₂O+SO₂↑，装置的连接顺序为：a→b→c→g→f→d（按气流方向，用小写字母表示）．

（2）用图2装置探究SO₂的性质．限选试剂：NaOH溶液、稀H₂SO₄、H₂O₂溶液、FeCl₃溶液、淀粉-KI溶液、新制H₂S溶液

操作步骤	实验现象	解释原因
用注射器将新制H2S溶液注入充满SO2的烧瓶	产生乳白色浑浊	+4价S有①氧化性
用注射器将 ②FeCl3溶液溶液注入充满SO2的烧瓶	③溶液由棕黄色变成浅绿色	+4价S有还原性，反应的离子方程式为④2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+

（3）工业上回收利用SO₂的一种途径是：SO₂$→_{步骤Ⅰ}^{氨水}$（NH₄）₂SO₃$→_{步骤Ⅱ}^{空气}$（NH₄）₂SO₄，
该小组在实验室探究步骤Ⅱ时，一定条件下向100mL c₀mol•L^-1的（NH₄）₂SO₃溶液通入空气后，欲测定溶液中（NH₄）₂SO₃的氧化率（α）．
①为该小组设计实验方案（不必描述操作过程的细节，物理量的数值用字母表示）：
方案1：取20.00mL反应后的溶液于锥形瓶中，用浓度为Cmol/L酸性高锰酸钾溶液滴定，重复滴定三次，平均消耗高锰酸钾的体积为VmL；方案2：向反应后的溶液中加入过量的盐酸，再加入足量的氯化钡溶液，将沉淀过滤、洗涤、干燥、称量，质量为mg．
②α=$\frac{8{C}_{0}-CV}{8{C}_{0}}$或$\frac{m}{23.3{C}_{0}}$×100%（用实验方案中的物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）亚硫酸的酸性弱于硫酸，用图1装置制备纯净的SO₂，NaHSO₃与浓H₂SO₄反应，生成硫酸钠或硫酸氢钠、水、二氧化硫；从溶液中制取二氧化硫，制取的二氧化硫中含有水蒸气，需用浓硫酸进行干燥，收集采用向上排空气法收集，二氧化硫为有毒的气体，是大气污染物，需进行尾气处理，据此分析选择装置的连接顺序；
（2）①硫化氢和二氧化硫会发生价态归中反应生成硫单质，所以产生乳白色浑浊，二氧化硫中+4价的硫降低为0价，说明二氧化硫中+4价的硫具有氧化性；
②说明+4价的硫具有还原性，需与氧化性的物质反应，需在提供的试剂中选择氧化剂，可选择氯化铁，+3价的铁具有氧化性，氯化铁为棕黄色溶液，氯化亚铁为浅绿色溶液，据此分析解答；
（3）通过测定溶液中亚硫酸根离子、硫酸根离子的量来测定溶液中（NH₄）₂SO₃的氧化率（α），方案1测定溶液中亚硫酸根离子的量，方案2测定溶液中硫酸根离子的量．

解答 解：（1）亚硫酸的酸性弱于硫酸，NaHSO₃与浓H₂SO₄反应，生成硫酸钠或硫酸氢钠、水、二氧化硫，该反应方程式为：2NaHSO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或NaHSO₃+H₂SO₄═NaHSO₄+H₂O+SO₂↑，从溶液中制取二氧化硫，制取的二氧化硫中含有水蒸气，二氧化硫为酸性气体，可用浓硫酸进行干燥，所以a→b，二氧化硫密度大于空气，收集采用向上排空气法收集，需长管进，短管出，所以c→g，二氧化硫为有毒的气体，是大气污染物，需进行尾气处理，用碱石灰吸收，所以f→d；
故答案为：2NaHSO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或NaHSO₃+H₂SO₄═NaHSO₄+H₂O+SO₂↑；b→c→g→f→d；
（2）①氧化还原反应中元素化合价降低的元素具有氧化性，化合价升高的元素具有还原性，硫化氢和二氧化硫反应，反应方程式为：2H₂S+SO₂=3S↓+2H₂O，二氧化硫中+4价的硫降低为0价，说明二氧化硫中+4价的硫具有氧化性，硫化氢中-2价的硫升高为0价，具有还原性，两者发生价态归中反应生成硫单质，所以产生乳白色浑浊，
故答案为：氧化；
②说明+4价的硫具有还原性，需与氧化性的物质反应，需在提供的试剂中选择氧化剂，可选择氯化铁，+3价的铁具有氧化性，铁离子与二氧化硫发生氧化还原反应，发生2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，氯化铁为棕黄色溶液，氯化亚铁为浅绿色溶液，可观察到溶液由黄色变浅绿色，
故答案为：FeCl₃溶液；溶液由棕黄色变成浅绿色；2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（3）方案1：测定溶液中亚硫酸根离子的量，取20.00mL反应后的溶液于锥形瓶中，用浓度为Cmol/L酸性高锰酸钾溶液滴定，5SO₃^2-+6H⁺+2MnO₄^-=5SO₄^2-+2Mn²⁺+3H₂O，重复滴定三次，平均消耗高锰酸钾的体积为VmL，剩余的亚硫酸根离子的物质的量为：$\frac{5}{2}$（CV×10^-3）mol，则氧化率（α）=$\frac{20×1{0}^{-3}{C}_{0}-x}{20×1{0}^{-3}{C}_{0}}=\frac{8{C}_{0}-CV}{8{C}_{0}}$，
方案2：测定溶液中硫酸根离子的量，向反应后的溶液中加入过量的盐酸，先将剩余的亚硫酸根离子除掉，再加入足量的氯化钡溶液，生成硫酸钡沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥、称量，质量为mg．则氧化率（α）=$\frac{m}{233•0.1{C}_{0}}$=$\frac{m}{23.3{C}_{0}}$．
故答案为：方案1：取20.00mL反应后的溶液于锥形瓶中，用浓度为Cmol/L酸性高锰酸钾溶液滴定，重复滴定三次，平均消耗高锰酸钾的体积为VmL；方案2：向反应后的溶液中加入过量的盐酸，再加入足量的氯化钡溶液，将沉淀过滤、洗涤、干燥、称量，质量为mg．；$\frac{8{C}_{0}-CV}{8{C}_{0}}$或$\frac{m}{23.3{C}_{0}}$．

点评 本题考查了二氧化硫的实验室制备和性质的检验，明确制备原理和各仪器作用、二氧化硫的性质是解题关键，注意二氧化硫的还原性、氧化性，题目难度中等，试题培养了学生的化学实验能力．