Question

6．实验室中，用如图1所示装置及所给药品（图中部分夹持仪器已略去）探究工业制硫酸接触室中的反应，并测定此条件下二氧化硫的转化率．已知SO₃熔点为16.8℃，假设气体进入装置时分别被完全吸收，且忽略装置内空气中的CO₂．

（1）请写出发生装置制SO₂化学方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑．
（2）根据实验目的，请从图2中选择Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处合适的装置，将其序号填入空格中：装置ⅠB，装置ⅡA，装置ⅢD．
（3）开始进行实验时，首先应进行的操作是检查装置的气密性．
（4）加热硬质玻璃管时，若不断升高温度，SO₂的转化率会减小（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（5）停止通入SO₂，熄灭酒精灯后，为使残留在装置中的SO₂、SO₃被充分吸收，操作方法是继续通入氧气一段时间．
（6）实验结束后，若装置Ⅱ增加的质量为b g，装置Ⅲ增加的质量为a g，则此条件下二氧化硫的转化率是$\frac{4b}{4b+5a}$×100%（用含字母的代数表示）．

Answer 1

分析 （1）实验室利用浓硫酸和亚硫酸钠反应生成硫酸钠、二氧化硫和水，据此可写出反应方程式；
（2）可以用浓硫酸来干燥二氧化硫气体；SO₃的熔点是16，8℃，较低，可以用冰水来获得三氧化硫，Ⅲ中为吸水和尾气处理；
（3）气体的制备及性质实验中需要检查装置的气密性；
（4）根据（1）中的热化学方程式，升温平衡向逆反应方向进行判断；
（5）为使残留在装置中的SO₂、SO₃被充分吸收，用氧气把装置中的二氧化硫和三氧化硫赶到A装置中吸收三氧化硫，二氧化硫赶入D装置中被氢氧化钠溶液吸收；
（6）依据硫元素守恒计算得到反应生成的三氧化硫物质的量，和剩余二氧化硫被氢氧化钠吸收的物质的量，根据转化率概念计算得到．

解答 解：（1）利用浓硫酸和亚硫酸钠固体反应制备二氧化硫反应方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，故答案为：Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑；
（2）Ⅰ装置必须要对二氧化硫进行干燥，可以用浓硫酸来干燥二氧化硫气体；SO₃的熔点是16，8℃，可以用冰水来获得三氧化硫；未反应掉的二氧化硫对空气会产生污染，Ⅲ中应该加氢氧化钠溶液尾气处理装置，故答案为：B；A；D；
（3）实验前，必须进行的操作是检查装置的气密性，故答案为：检查装置的气密性；
（4）根据（1）中的热化学方程式，升温平衡向逆反应方向进行，所以SO₂的转化率会减小，故答案为：减小；
（5）为使残留在装置中的SO₂、SO₃被充分吸收，用氧气把装置中的二氧化硫和三氧化硫赶到A装置中吸收三氧化硫，二氧化硫赶入D装置中被氢氧化钠溶液吸收，
故答案为：继续通入氧气一段时间；
（6）已知Ⅱ增加的质量为b g即三氧化硫的质量，因此，反应生成三氧化硫的二氧化硫物质的量=$\frac{bg}{80g/mol}$；装置Ⅲ增加的质量为a g即被氢氧化钠吸收的剩余二氧化硫物质的质量，因此，剩余的二氧化硫物质的量=$\frac{ag}{64g/mol}$；所以二氧化硫的转化率=$\frac{\frac{b}{80}}{\frac{b}{80}+\frac{a}{60}}$×100%=$\frac{4b}{4b+5a}$×100%，故答案为：$\frac{4b}{4b+5a}$×100%．

点评 本题考查二氧化硫的性质、化学平衡的影响因素、计算以及化学方程式的书写等知识，综合性较强，题目难度较大，考查学生分析和解决问题的能力，侧重实验及计算能力的考查．