Question

14．SO₂是无色有刺激性气味的有毒气体，是一种主要的气态污染物．某化学兴趣小组拟对SO₂的化学性质和用途进行探究．
（1）根据SO₂中S元素的化合价，预测并通过实验验证SO₂的性质．探究过程实验装置如图1所示（夹持仪器省略）．
①A中发生反应的离子方程式为2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．B中溶液可验证SO₂具有氧化性，若C中的是品红溶液，设计该装置的实验目的是验证SO₂漂白的可逆性．
②在上述装置中通入过量的SO₂，为了验证A中发生了氧化还原反应，取A中溶液分成两份，并设计了如下实验：
方案一：往第一份试液中加入少量酸性KMnO₄溶液，紫红色褪去；
方案二：往第二份试液中加入KSCN溶液，不变红，再加入新制的氯水，溶液变红．
上述方案不合理的是方案一，原因是过量的SO₂也能使酸性高锰酸钾溶液褪色．
（2）二氧化硫通常作为保护剂添加到葡萄酒中，有杀菌、抗氧化、改善风味和增酸的作用，但吸入过量的二氧化硫对人体有害．我国国家标准规定葡萄酒中SO₂的最大使用量为0.25g/L．图2为该小组对葡萄酒中的SO₂进行收集与测量的装置．
①仪器C的名称是冷凝器．
②A中加入200.00mL葡萄酒和适量盐酸，加热使SO₂全部逸出并与B中H₂O₂完全反应．
③除去B中过量的H₂O₂，然后用0.0600mol/LNaOH标准溶液进行滴定，
滴定至终点时，消耗NaOH溶液20.00mL，该葡萄酒中SO₂含量为0.192g/L．该测定结果比实际值偏高，原因是盐酸易挥发，挥发的HCl进入B中也会消耗NaOH
（3）该小组同学设想将SO₂生产硫酸的反应设计成原电池（如图3），并采用串联方式来电解处理工业制硝酸尾气中的NO，可制得副产品NH₄NO₃．已知：每个电池中通入SO₂的体积均为33.6L（标准状况），且反应完全．则电池中负极的电极反应式为SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，电解池中阳极的电极反应式为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，理论上最多能生成的NH₄NO₃的物质的量为1mol．

Answer 1

分析 （1）实验验证SO₂的性质，实验中用浓硫酸与亚硫酸钠反应生成二氧化硫，验证二氧化硫的还原性用二氧化硫与氯化铁反应，再用二氧化硫与硫化钠反应验证二氧化硫的氧化性，最后在有水浴的装置中验证二氧化硫的漂白的可逆性，D装置用氢氧化钠吸收二氧化硫；
①A中发生反应为二氧化硫与氯化铁反应生成亚铁离子和硫酸根离子；
②过量的二氧化硫能溶于水，能和高锰酸钾发生氧化还原反应，高锰酸钾是强氧化剂把二氧化硫氧化为硫酸，高锰酸钾褪色；
（2）①根据仪器A特点和用途书写其名称；
③根据关系式2NaOH～H₂SO₄～SO₂及氢氧化钠的物质的量计算出二氧化硫的质量，再计算出该葡萄酒中的二氧化硫含量；盐酸易挥发，挥发的HCl进入B中也会消耗NaOH导致测定结果比实际值偏高；
（3）原电池中在负极失电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应；将SO₂生产硫酸的反应设计成原电池，负极为二氧化硫失去电子生成硫酸；采用串联方式来电解处理工业制硝酸尾气中的NO，电解阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，阳极为一氧化氮失去电子生成硝酸根离子，根据得失电子守恒计算理论上最多能生成的NH₄NO₃的物质的量．

解答 解：（1）①A中发生反应为二氧化硫与氯化铁反应生成亚铁离子和硫酸根离子，反应的离子方程式为2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-，B中二氧化硫（S为+4价）与硫化钠反应生成硫单质（S为0价），二氧化硫表现氧化性，验证二氧化硫的氧化性，C中的是品红溶液，二氧化硫能使品红褪色，水浴加热，能恢复原颜色，可验证二氧化硫的漂白的可逆性，
故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-；氧化；验证SO₂漂白的可逆性；
②二氧化硫有还原性，高锰酸钾有强氧化性，过量的二氧化硫能与高锰酸钾发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色，反应的离子方程式为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，所以方案一不合理，
故答案为：方案一；过量的SO₂也能使酸性高锰酸钾溶液褪色；
（2）①根据仪器A的构造可知，仪器A为冷凝管，冷凝葡萄酒中的易挥发易冷凝的物质，
故答案为：冷凝器；
②根据2NaOH～H₂SO₄～SO₂可知SO₂的质量为：$\frac{1}{2}$×（0.0600mol/L×0.020L）×64g/mol=0.0384g，该葡萄酒中的二氧化硫含量为：$\frac{0.0384g}{0.2L}$=0.192g/L，由于盐酸是挥发性酸，挥发的酸消耗氢氧化钠，使得消耗的氢氧化钠溶液体积增大，测定结果偏高，
故答案为：0.192；盐酸易挥发，挥发的HCl进入B中也会消耗NaOH；
（3）将SO₂生产硫酸的反应设计成原电池，负极为二氧化硫失去电子生成硫酸，反应为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，采用串联方式来电解处理工业制硝酸尾气中的NO，电解阳极发生氧化反应，为一氧化氮失去电子生成硝酸根离子，反应为：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，每个电池中通入SO₂的体积均为33.6L（标准状况），且反应完全．n（SO₂）=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，转移3mol电子，根据NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺可知，生成1mol硝酸铵，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；1mol．

点评 本题考查了有关SO₂的化学性质和用途探究实验，试题涉及了二氧化硫性质、氧化还原、电化学等知识，明确二氧化硫的化学性质及原电池、电解池的工作原理是解答关键，试题培养了学生灵活应用所学知识的能力，题目难度中等．