Question

4．某学习小组依据反应：SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，设计制备磺酰氯（SO₂Cl₂）的装置如图，有关信息如右表所示．

	SO2Cl2	Cl2	SO2
熔点/℃	-54.1	-101	-72.4
沸点/℃	69.1	-34.6	-10
性质	遇水发生 剧烈水解

（1）若用浓盐酸与二氧化锰为原料制取Cl₂，反应的化学方程式为MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）B仪器的作用是防止水蒸气进入A装置（引起SO₂Cl₂水解）．
（3）为了便于混合物的分离且提高反应物的转化率，A装置的反应条件最好选择a．
a．冰水浴         b．常温         c．加热至69.1℃
（4）如果通入的Cl₂或SO₂含有水蒸气，氯气和二氧化硫可能发生反应的化学方程式为SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl．
（5）实验时先通入干燥的Cl₂将A装置中的空气赶走，再缓慢通入干燥的SO₂，即发生反应．充分反应后，继续通入Cl₂使装置中的SO₂进入烧杯中被吸收．分离产物后，向获得的SO₂Cl₂中加水，出现白雾，振荡、静置得到无色溶液W．
①经分析SO₂Cl₂与H₂O反应属于非氧化还原反应，写出该反应的化学方程式．
②无色溶液W中的阴离子除含少量OH^-外，还含有其它两种阴离子，检验溶液W中这两种阴离子方法是取少量W溶液于试管中，加入过量Ba（NO₃）₂溶液，有不溶于稀硝酸的白色沉淀产生，说明溶液中含有SO₄^2-．
③反应完成后，在W溶液、烧杯中分别滴加过量的BaCl₂溶液，均出现白色沉淀，此沉淀不溶于稀盐酸，经过滤、洗涤、干燥，称量得到的固体质量分别为Xg、Yg．
计算SO₂+Cl₂?SO₂Cl₂反应中，SO₂的转化率（用含X、Y的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）若用浓盐酸与二氧化锰为原料制取Cl₂，浓盐酸与二氧化锰在加热条件下反应生成MnCl₂、Cl₂、H₂O；
（2）磺酰氯（SO₂Cl₂）易水解，无水CaCl₂，具有吸水作用，防止水蒸气进入三颈烧瓶；
（3）正反应为放热反应，降低温度有利于SO₂Cl₂的生成，控制温度使SO₂Cl₂为液态，与未反应是氯气、二氧化硫分离；
（4）如果Cl₂或SO₂含有水蒸气，氯气和二氧化硫、水反应生成HCl与硫酸；
（5）①SO₂Cl₂遇水发生剧烈水解，且产生白雾，白雾是水解生成HCl与空气中水蒸气结合所致，则-SO₂-基团结合2个-OH生成H₂SO₄；
②无色溶液W为HCl、H₂SO₄混合溶液，除含少量OH^-外，还含有Cl^-、SO₄^2-，先用Ba（NO₃）₂溶液检验SO₄^2-，过滤后，滴加HNO₃酸化，再加入AgNO₃溶液检验有Cl^-；
③W溶液中得到白色沉淀，是SO₂Cl₂水解生成H₂SO₄与BaCl₂溶液反应生成的BaSO₄，烧杯中白色沉淀是未反应的二氧化硫转化为硫酸钠，硫酸钠与BaCl₂溶液反应生成的BaSO₄，根据S元素守恒计算参加反应的二氧化硫物质的量、通入的二氧化硫总物质的量，进而计算SO₂的转化率．

解答 解：（1）浓盐酸与二氧化锰反应生成二氯化锰和氯气和水，方程式为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）磺酰氯（SO₂Cl₂）易水解，防止烧杯中的水蒸气进入三颈烧瓶引起SO₂Cl₂水解，C仪器装的药品是无水CaCl₂吸水干燥，
故答案为：防止水蒸气进入A装置（引起SO₂Cl₂水解）；
（3）正反应为放热反应，降低温度有利于SO₂Cl₂的生成，控制温度使SO₂Cl₂为液态，与未反应是氯气、二氧化硫分离，故选择冷水浴，
故答案为：a；
（4）如果Cl₂或SO₂含有水蒸气，氯气和二氧化硫、水反应生成HCl与硫酸，反应方程式为：SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl，
故答案为：SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl；
（5）①SO₂Cl₂遇水发生剧烈水解，且产生白雾，白雾是水解生成HCl与空气中水蒸气结合所致，则-SO₂-基团结合2个-OH生成H₂SO₄，反应方程式为：SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl，
故答案为：SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl；
②无色溶液W为HCl、H₂SO₄混合溶液，除含少量OH^-外，还含有Cl^-、SO₄^2-，检验二者的方法为：取少量W溶液于试管中，加入过量Ba（NO₃）₂溶液，有不溶于稀硝酸的白色沉淀产生，说明溶液中含有SO₄^2-，过滤，向滤液中滴加HNO₃酸化，再加入AgNO₃溶液，产生白色沉淀，则说明溶液中有Cl^-，
故答案为：取少量W溶液于试管中，加入过量Ba（NO₃）₂溶液，有不溶于稀硝酸的白色沉淀产生，说明溶液中含有SO₄^2-；
③W溶液中得到白色沉淀，是SO₂Cl₂水解生成H₂SO₄与BaCl₂溶液反应生成的BaSO₄，其物质的量为$\frac{X}{233}$mol，根据S元素守恒，参加反应的二氧化硫物质的量为$\frac{X}{233}$mol，烧杯中白色沉淀是未反应的二氧化硫转化为硫酸钠，硫酸钠与BaCl₂溶液反应生成的BaSO₄，其物质的量为$\frac{Y}{233}$mol，故通入的二氧化硫总物质的量为（$\frac{X}{233}$+$\frac{Y}{233}$）mol，
则SO₂的转化率为为[$\frac{Y}{233}$mol÷（$\frac{X}{233}$+$\frac{Y}{233}$）mol]×100%=$\frac{X}{X+Y}$×100%，
故答案为：$\frac{X}{X+Y}$×100%．

点评 本题考查制备实验方案，涉及化学方程式书写、对装置与操作的分析评价、离子检验、化学计算等，明确原理是解题关键，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．