Question

6．烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放．其研究性学习小组在实验室利用下列装置制备模拟烟气（主要成分SO₂、CO₂、N₂、O₂），并测定烟气中SO₂的体积分数以及研究通过转化器的脱硫效率：

回答下列问题：
1．模拟烟气的制备
（1）写出装置A中发生化学反应的化学方程式C+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+SO₂↑+2H₂O；检查装置A气密性的方法是向分液漏斗中注入蒸馏水后，关闭止水夹，打开分液漏斗下端活塞使液体流下，一段时间后，液体不能继续滴下，证明气密性良好．
2．测定烟气中SO₂的体积分数
（2）欲测定烟气中SO₂的体积分数，则装置按气流方向的接口顺序为abcedf．
（3）①甲同学认为应该在装置C、D（填字母）之间增加一个盛有品红溶液的洗气瓶，理由是检验是否被完全吸收．
②在准确读取量筒读数之前冷却至室温、并上下移动量筒使得量筒液面与广口瓶液面相平．
（4）乙同学根据模拟烟气的流速，（amL/min）和t min后量筒内液体的体积（V mL）测得二氧化硫的体积分数，其结果总是偏大，原因可能是模拟烟气中的氧气与溶解在水中的反应．
3．模拟烟气通过转化器的脱硫效率研究
（5）将模拟烟气通过装置F，其中盛有FeCl₂，FeCl₃的混合溶液，它可以催化SO₂与氧气的反应以达到脱硫的目的．
①写出催化剂参与反应过程中的离子方程式：SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺．
②丙同学在此实验过程中发现黄色溶液先变成红棕色，查阅资料得Fe³⁺+6SO₂=[Fe（SO₂）₆]³⁺（红棕色），请用化学平衡移动原理解释实验中溶液颜色变化的原因：平衡向右移动，溶液由黄色变为红棕色．

Answer 1

分析 1．模拟烟气的制备
（1）装置A中是浓硫酸和碳加热反应出二氧化碳、二氧化硫和水；检验装置A气密性先密闭装置，在分液漏斗中加入水，观察水是否流下判断气密性；
2．测定烟气中SO₂的体积分数
（2）装置A按照碳和浓硫酸加热反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，通过装置B模拟烟气，进入装置C检验和吸收二氧化硫气体，进入装置D，导气管短进长出，排碳酸氢钠溶液进入装置E测定二氧化碳体积，据此计算测定烟气中SO₂的体积分数；
（3）①装置C除去二氧化硫是否完全，上述实验装置不能判断，需要增加一个验证二氧化硫是否除净的装置，增加一个盛有品红溶液的洗气瓶；
②排液法测定气体体积需要我的冷却到室温，且两边液面相平；
（4）乙同学根据模拟烟气的流速，（amL/min）和t min后量筒内液体的体积（V mL）测得二氧化硫的体积分数，其结果总是偏大可能是二氧化硫和溶解在水中的氧气氧化；
3．模拟烟气通过转化器的脱硫效率研究
（5）①催化剂通过参与反应改变反应的历程加快反应速率，本身在反应前后无论质量还是数量都不变；
②Fe³⁺和SO₂生成红棕色的Fe（SO₂）₆³⁺反应速率较快，铁离子氧化二氧化硫反应缓慢，但是反应限度较大，使溶液中Fe³⁺浓度降低，生成Fe（SO₂）₆³⁺的平衡逆向移动．

解答 解：（1）装置A中是浓硫酸和碳加热反应出二氧化碳、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：C+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+SO₂↑+2H₂O，检验装置A气密性先密闭装置方法为：向分液漏斗中注入蒸馏水后，关闭止水夹，打开分液漏斗下端活塞使液体流下，一段时间后，液体不能继续滴下，证明气密性良好，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+SO₂↑+2H₂O；向分液漏斗中注入蒸馏水后，关闭止水夹，打开分液漏斗下端活塞使液体流下，一段时间后，液体不能继续滴下，证明气密性良好；
（2）装置A按照碳和浓硫酸加热反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，通过装置B模拟烟气，进入装置C检验和吸收二氧化硫气体，进入装置D，导气管短进长出，排碳酸氢钠溶液进入装置E测定二氧化碳体积，据此计算测定烟气中SO₂的体积分数，则装置按气流方向的接口顺序为abcedf，
故答案为：bcedf；
（3）①应该在装置CD之间增加一个盛有品红溶液的洗气瓶，检验二氧化硫是否除净，
故答案为：C、D；检验是否被完全吸收；
 ②在准确读取量筒读数之前冷却至室温、并上下移动量筒使得量筒液面与广口瓶液面相平．
故答案为：冷却至室温；
（4）乙同学根据模拟烟气的流速，（amL/min）和t min后量筒内液体的体积（V mL）测得二氧化硫的体积分数，其结果总是偏大，原因可能是模拟烟气中的氧气与溶解在水中的二氧化硫反应，
故答案为：模拟烟气中的氧气与溶解在水中的二氧化硫反应；
3．模拟烟气通过转化器的脱硫效率研究
（5）①SO₂+2H₂O+2Fe³⁺═SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺ 在反应①中三价铁离子被还原为二价铁离子，要想保持质量、性质不变，得到的二价铁离子应该被氧气氧化为三价铁离子，反应的方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺，
故答案为：SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺；
②Fe³⁺和SO₂生成红棕色的Fe（SO₂）₆³⁺反应速率较快：Fe³⁺+6SO₂?Fe（SO₂）₆³⁺，平衡向右移动，溶液由黄色变为红棕色，
故答案为：平衡向右移动，溶液由黄色变为红棕色．

点评 本题一道实验题，借助二氧化硫的污染治理情境，考查了气体制备原理，实验装置的选择，二氧化硫的性质及相关计算，题目综合性强，难度中等，注意在学习过程中注意培养分析问题，解决问题的能力．