Question

15．二氧化硫是硫的重要化合物，在生产、生活中有广泛应用．二氧化硫有毒，并且是形成酸雨的主要气体．无论是实验室制备还是工业生产，二氧化硫尾气吸收或烟气脱硫都非常重要．完成下列填空：
（1）实验室可用铜和浓硫酸加热或硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫．

如果用硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫，并希望能控制反应速度，上图中可选用的发生装置是ae（填写字母）．
（2）若用硫酸和亚硫酸钠反应制取3.36L（标准状况）二氧化硫，至少需要称取亚硫酸钠18.9g（保留一位小数）；如果已有40%亚硫酸钠（质量分数），被氧化成硫酸钠，则至少需称取该亚硫酸钠33.1g （保留一位小数）．
（3）实验室二氧化硫尾气吸收与工业烟气脱硫的化学原理相通．石灰-石膏法和碱法是常用的烟气脱硫法．
石灰-石膏法的吸收反应为SO₂+Ca（OH）₂→CaSO₃↓+H₂O．吸收产物亚硫酸钙由管道输送至氧化塔氧化，反应为2CaSO₃+O₂+4H₂O→2CaSO₄•2H₂O．其流程如图1，碱法的吸收反应为SO₂+2NaOH→Na₂SO₃+H₂O．碱法的特点是氢氧化钠碱性强、吸收快、效率高．其流程如图2：

已知：

试剂	Ca（OH）2	NaOH
价格（元/kg）	0.36	2.9
吸收SO2的成本（元/mol）	0.027	0.232

石灰-石膏法和碱法吸收二氧化硫的化学原理相同之处是利用SO₂是酸性氧化物，可与碱反应．和碱法相比，石灰-石膏法的优点是原料易得，成本低，缺点是亚硫酸钙在输送中容易造成管道堵塞，吸收速率慢，效率低．
（4）在石灰-石膏法和碱法的基础上，设计一个改进的、能实现物料循环的烟气脱硫方案（用流程图表示）．

Answer 1

分析 （1）用硫酸和亚硫酸钠制取二氧化硫，反应物是固液混合，且该反应不需要加热，所以可以采用固液混合不加热型装置，希望能控制反应速度，则盛放硫酸的仪器必须含有活塞而能控制液体量；
（2）由硫守恒可得：Na₂SO₃～SO₂，根据关系式及二氧化硫的物质的量计算出需要亚硫酸钠的质量；设没有变质的亚硫酸钠为100g，根据变质的质量计算出变质后溶液中亚硫酸钠的质量分数，再计算出需要变质后的亚硫酸钠的质量；
（3）根据石灰-石膏法和碱法吸收二氧化硫的原理分析相同之处；利用题中已知信息及反应原理判断石灰-石膏法的优点和缺点；
（4）将亚硫酸钠和氢氧化钙发生复分解反应生成NaOH，然后再将亚硫钙氧化得到二水硫酸钙，这样NaOH能循环利用．

解答 解：（1）用硫酸和亚硫酸钠制取二氧化硫，反应物是固液混合，且该反应不需要加热，所以可以采用固液混合不加热型装置，希望能控制反应速度，则盛放硫酸的仪器必须含有活塞而能控制液体量，符合条件的是ae装置，故选ae；
（2）由硫守恒可得：Na₂SO₃～SO₂，因此需称取亚硫酸钠的质量为：m（Na₂SO₃）=126g•mol^-1×$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=18.9g；
设没有变质的亚硫酸钠为100g，则有40g亚硫酸钠被氧化成硫酸钠，4g亚硫酸氧化为硫酸钠后质量变为：4g×$\frac{142}{126}$=45g，则有40%亚硫酸钠被氧化为硫酸钠的样品中亚硫酸钠的质量分数为：$\frac{100g-40g}{100g-40g+45g}$×100%=57.14%，
因此称取变质后样品的质量应为：$\frac{18.9g}{57.14%}$=33.1g；
故答案为：18.9；33.1；
（3）灰-石膏法与碱法吸收SO₂都是利用SO₂是酸性氧化物可与碱反应的性质来吸收SO₂的；利用题中已知和有关信息可知采用石灰-石膏法所用原料易得、成本低等；由于吸收产物亚硫酸钙由管道输送至氧化塔氧化，所以缺点为亚硫酸钙在输送中容易造成管道堵塞，导致吸收速率慢、效率低，
故答案为：利用SO₂是酸性氧化物，可与碱反应；原料易得，成本低；亚硫酸钙在输送中容易造成管道堵塞，吸收速率慢，效率低；
（4）将亚硫酸钠和氢氧化钙发生复分解反应生成NaOH，然后再将亚硫钙氧化得到二水硫酸钙，这样NaOH能循环利用，改进后的流程图为，故答案为：．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，明确实验原理及实验操作方法、仪器用途等知识点是解本题关键，易错点是（2）题计算，很多在计算需要被氧化的亚硫酸钠质量时直接用第一问求得的亚硫酸钠质量除以其60%，漏掉被氧化后固体质量增加，难点是（4）题实验设计，题目难度中等．