Question

17．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用下圖裝置研究二氧化硫催化氧化的過程（加熱裝置已省略），并制取少量三氧化硫晶體，D處盛放V₂O₅作為催化劑，E處為冰水�。�

（1）實(shí)驗(yàn)前，必須進(jìn)行的操作是（填操作名稱，不必寫具體過程）檢查裝置的氣密性．
（2）D中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃．
（3）C裝置中盛放的液體藥品是濃硫酸；裝置C的三個(gè)作用是：
①干燥二氧化硫和氧氣   ②使二氧化硫和氧氣混合均勻③通過觀察控制氣體比例和氣流速度
（4）裝置E的作用是使SO₃凝結(jié)成固體與SO₂分離；裝置F中溶液逐漸褪色，則該反應(yīng)的離子方程式是5SO₂+2H₂O+2MnO₄^-=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺．
（5）若裝置按A→B→C→D→E→G→F連接順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且裝置G中有40mL 2.5mol•L^-1 NaOH溶液，反應(yīng)后增重4.8g，則裝置G中發(fā)生總反應(yīng)的化學(xué)方程式是3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O．

Answer 1

分析 研究二氧化硫催化氧化的過程（加熱裝置已省略），并制取少量三氧化硫晶體：A裝置：制取二氧化硫，B裝置：制取氧氣，C裝置：干燥二氧化硫和氧氣；使二氧化硫和氧氣混合均勻；通過觀察氣泡控制氣體比例和流速，D裝置：D中發(fā)生的是SO₂催化氧化的反應(yīng)，E裝置：E的作用是冷卻裝置，使SO₃凝結(jié)成固體與SO₂分離，F(xiàn)裝置：高錳酸鉀溶液氧化二氧化硫，G裝置：尾氣處理．
（1）該實(shí)驗(yàn)主要是氣體間的反應(yīng)，所以實(shí)驗(yàn)前，必須進(jìn)行的操作是檢查裝置的氣密性；
（2）D中發(fā)生的是SO₂催化氧化的反應(yīng)，即二氧化硫與氧氣催化氧化生成三氧化硫；
（3）C裝置中盛放的液體藥品是濃硫酸，裝置C作用：干燥二氧化硫和氧氣；使二氧化硫和氧氣混合均勻；通過觀察氣泡控制氣體比例和流速；
（4）裝置E的作用是冷卻裝置，三氧化硫的沸點(diǎn)較低，通過冰水混合物，使SO₃凝結(jié)成固體與SO₂分離，裝置F中高錳酸鉀溶液會(huì)和二氧化硫反應(yīng)逐漸褪色，生成Mn²⁺，二氧化硫被氧化為硫酸，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及電荷守恒書寫離子反應(yīng)方程式；
（5）若裝置F中有40mL 2.5mol•L^-1NaOH溶液，反應(yīng)后增重4.8g，吸收的為二氧化硫氣體，依據(jù)反應(yīng)方程式及二氧化硫氫氧化鈉物質(zhì)的量進(jìn)行分析判斷生成產(chǎn)物，然后寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式即可．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)的目的是研究二氧化硫催化氧化的過程，二氧化硫?yàn)闅怏w，參加反應(yīng)的氧氣為氣體，主要是氣體間的反應(yīng)，為了保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，需在實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行的操作是檢查裝置的氣密性，
故答案為：檢查裝置的氣密性；
（2）D中發(fā)生的是SO₂與氧氣催化氧化生成三氧化硫，化學(xué)方程式為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃，
故答案為；2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃；
（3）探究二氧化硫催化氧化的過程，需對(duì)二氧化硫、氧氣進(jìn)行干燥，C裝置中盛放的液體藥品是濃硫酸，C裝置除了干燥作用，還能使二氧化硫和氧氣混合均勻；通過觀察氣泡控制氣體比例和流速，
故答案為：干燥二氧化硫和氧氣；使二氧化硫和氧氣混合均勻；通過觀察控制氣體比例和氣流速度；
（4）裝置E的作用是冷卻裝置，三氧化硫的沸點(diǎn)較低，通過冰水混合物，使SO₃凝結(jié)成固體與SO₂分離，裝置F中高錳酸鉀溶液會(huì)和二氧化硫反應(yīng)逐漸褪色，生成Mn²⁺，二氧化硫被氧化為硫酸，S：+4→+6，↑2，×5，Mn：+7→+2，↓5，×2，所以反應(yīng)的離子方程式為：5SO₂+2H₂O+2MnO₄^-=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
故答案為：使SO₃凝結(jié)成固體與SO₂分離；5SO₂+2H₂O+2MnO₄^-=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（5）若n（SO₂）：n（NaOH）=1：2反應(yīng)按照反應(yīng)：SO₂+2NaOH═Na₂SO₃+H₂O；若n（SO₂）：n（NaOH）=1：1，反應(yīng)按照反應(yīng)SO₂+NaOH═NaHSO₃；裝置Ⅳ中有40mL 2.5mol•L^-1 NaOH溶液中n（NaOH）=0.1mol，n（SO₂）=$\frac{4.8g}{64g/mol}$=0.075mol；n（SO₂）：n（NaOH）=0.075：0.1=3：4，所以生成產(chǎn)物為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，
設(shè)生成亞硫酸鈉xmol、亞硫酸氫鈉ymol，
則：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.075}\\{2x+y=0.1}\end{array}\right.$，解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.025}\\{y=0.05}\end{array}\right.$，
即n（Na₂SO₃）：n（NaHSO₃）=1：2，
所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O，
故答案為：3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，為高考常見題型，重點(diǎn)考查制備過程中的注意問題和條件的選擇依據(jù)，注重了對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用和遷移能力考查，題目難度中等．