Question

15．二氧化硫是重要的工业原料，探究其制备方法和性质具有非常重要的意义．

（1）工业上用黄铁矿（FeS₂，其中S元素为-l价）在高温下和氧气反应制备SO₂：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂O₃
，该反应中被氧化的元素是Fe、S（填元素符号）．
（2）实验室中用下列如图1装置测定SO₂催化氧化为SO₃，的转化率．（已知SO₃熔点为16.8℃，假设气体进入装置时分别被完全吸收，且忽略空气中CO₂的影响．）
①实验过程中，需要通入氧气．试写出一个用图2所示装置制取氧气的化学方程式2KClO₃$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2KCl+3O₂↑．
②当停止通入SO₂，熄灭酒精灯后，需要继续通一段时间的氧气，其目的是通入足量O₂，将装置内的SO₂和SO₃排入后面的装置，减少实验误差．
③实验结束后，若装置D增加的质量为m g，装置E中产生白色沉淀的质量为n g，即可计算二氧化硫的转化率$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}$×100%．
（3）某学习小组设计用如图3装置验证二氧化硫的化学性质．
①能说明二氧化硫具有氧化性的实验现象为试管a中出现淡黄色浑浊．
②为验证二氧化硫的还原性，充分反应后，取试管b中的溶液分成三份，分别进行如下实验：
方案I：向第一份溶液中加入AgNO₃溶液，有白色沉淀生成
方案Ⅱ：向第二份溶液加入品红溶液，红色褪去
方案Ⅲ：向第三份溶液加入盐酸酸化的BaCl₂溶液，产生白色沉淀上述方案中合理的是III（填“I”、“Ⅱ”或“Ⅲ”）．
③当通入二氧化硫至试管c中溶液显中性时，该溶液中c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）（用含硫微粒浓度的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）氧化还原反应中，化合价升高的元素在反应中被氧化；
（2）①氯酸钾受热分解可以获得氧气；
②为确保实验的准确度，要保证二氧化硫和三氧化硫的量的测定准确；
③根据质量守恒以及转化率=$\frac{转化为三氧化硫的二氧化硫的量}{二氧化硫的总量}$×100%来计算；
（3）①二氧化硫具有氧化性，可以和最低价的硫化钠发生氧化还原反应；
②氯气具有氧化性，可以将二氧化硫氧化到最高价的硫酸；
③根据溶液中的电荷守恒来回答．

解答 解：（1）氧化还原反应4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂O₃中，化合价升高的Fe、S元素在反应中被氧化，
故答案为：Fe、S；
（2）①用图2所示装置制取氧气，即加热固体的方法制氧气，可以让氯酸钾在二氧化锰催化下受热分解获得氧气，方程式为：2KClO₃$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2KCl+3O₂↑，
故答案为：2KClO₃$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2KCl+3O₂↑；
 ②为确保实验的准确度，要保证二氧化硫和三氧化硫的量的测定准确，当停止通入SO₂，熄灭酒精灯后，需要继续通一段时间的氧气，可以让装置中的二氧化硫和三氧化硫充分被后面的装置吸收，
故答案为：通入足量O₂，将装置内的SO₂和SO₃排入后面的装置，减少实验误差；
③装置D增加的质量为mg，及生成三氧化硫的质量是mg，物质的量是$\frac{mg}{80g/mol}$，装置E中产生白色沉淀的质量为ng，则吸收的二氧化硫的物质的量是$\frac{ng}{233g/mol}$，则二氧化硫的转化率=$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}$×100%，
故答案为：$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}$×100%；
（3）①二氧化硫具有氧化性，可以和最低价的硫化钠发生氧化还原反应，生成淡黄色的沉淀S，
故答案为：试管a中出现淡黄色浑浊；
②方案I：向第一份溶液中加入AgNO₃溶液，有白色沉淀生成，可能是氯水中的氯离子产生的作用，
方案Ⅱ：向第二份溶液加入品红溶液，红色褪去，可以是氯水中含有的漂白性物质次氯酸起的作用；
方案Ⅲ：向第三份溶液加入BaCl₂溶液，产生白色沉淀，证明溶液汇总出现硫酸根离子，是二氧化硫在酸性环境下和氯水反应生成的，即SO₂+Cl₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Cl^-，所以方案中合理的是III，
故答案为：III；
③将二氧化硫通入到盛有氢氧化钠的试管c中，所得溶液中存在电荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），溶液显示中性，所以c（H⁺）=c（OH^-），此时：c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），
故答案为：2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）．

点评 本题考查了二氧化硫性质应用和实验验证，实验设计的步骤和实验方案的确定应根据题干要求分析判断，关键是读懂题干信息，依据题干条件计算判断，题目较难．