Question

15．二氧化硫是硫的重要化合物，在生產(chǎn)、生活中有廣泛應(yīng)用．二氧化硫有毒，并且是形成酸雨的主要氣體．無論是實驗室制備還是工業(yè)生產(chǎn)，二氧化硫尾氣吸收或煙氣脫硫都非常重要．完成下列填空：
（1）實驗室可用銅和濃硫酸加熱或硫酸和亞硫酸鈉反應(yīng)制取二氧化硫．

如果用硫酸和亞硫酸鈉反應(yīng)制取二氧化硫，并希望能控制反應(yīng)速度，上圖中可選用的發(fā)生裝置是ae（填寫字母）．
（2）若用硫酸和亞硫酸鈉反應(yīng)制取3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）二氧化硫，至少需要稱取亞硫酸鈉18.9g（保留一位小數(shù)）；如果已有40%亞硫酸鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），被氧化成硫酸鈉，則至少需稱取該亞硫酸鈉33.1g （保留一位小數(shù)）．
（3）實驗室二氧化硫尾氣吸收與工業(yè)煙氣脫硫的化學(xué)原理相通．石灰-石膏法和堿法是常用的煙氣脫硫法．
石灰-石膏法的吸收反應(yīng)為SO₂+Ca（OH）₂→CaSO₃↓+H₂O．吸收產(chǎn)物亞硫酸鈣由管道輸送至氧化塔氧化，反應(yīng)為2CaSO₃+O₂+4H₂O→2CaSO₄•2H₂O．其流程如圖1，堿法的吸收反應(yīng)為SO₂+2NaOH→Na₂SO₃+H₂O．堿法的特點是氫氧化鈉堿性強(qiáng)、吸收快、效率高．其流程如圖2：

已知：

試劑	Ca（OH）2	NaOH
價格（元/kg）	0.36	2.9
吸收SO2的成本（元/mol）	0.027	0.232

石灰-石膏法和堿法吸收二氧化硫的化學(xué)原理相同之處是利用SO₂是酸性氧化物，可與堿反應(yīng)．和堿法相比，石灰-石膏法的優(yōu)點是原料易得，成本低，缺點是亞硫酸鈣在輸送中容易造成管道堵塞，吸收速率慢，效率低．
（4）在石灰-石膏法和堿法的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個改進(jìn)的、能實現(xiàn)物料循環(huán)的煙氣脫硫方案（用流程圖表示）．

Answer 1

分析 （1）用硫酸和亞硫酸鈉制取二氧化硫，反應(yīng)物是固液混合，且該反應(yīng)不需要加熱，所以可以采用固液混合不加熱型裝置，希望能控制反應(yīng)速度，則盛放硫酸的儀器必須含有活塞而能控制液體量；
（2）由硫守恒可得：Na₂SO₃～SO₂，根據(jù)關(guān)系式及二氧化硫的物質(zhì)的量計算出需要亞硫酸鈉的質(zhì)量；設(shè)沒有變質(zhì)的亞硫酸鈉為100g，根據(jù)變質(zhì)的質(zhì)量計算出變質(zhì)后溶液中亞硫酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，再計算出需要變質(zhì)后的亞硫酸鈉的質(zhì)量；
（3）根據(jù)石灰-石膏法和堿法吸收二氧化硫的原理分析相同之處；利用題中已知信息及反應(yīng)原理判斷石灰-石膏法的優(yōu)點和缺點；
（4）將亞硫酸鈉和氫氧化鈣發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成NaOH，然后再將亞硫鈣氧化得到二水硫酸鈣，這樣NaOH能循環(huán)利用．

解答 解：（1）用硫酸和亞硫酸鈉制取二氧化硫，反應(yīng)物是固液混合，且該反應(yīng)不需要加熱，所以可以采用固液混合不加熱型裝置，希望能控制反應(yīng)速度，則盛放硫酸的儀器必須含有活塞而能控制液體量，符合條件的是ae裝置，故選ae；
（2）由硫守恒可得：Na₂SO₃～SO₂，因此需稱取亞硫酸鈉的質(zhì)量為：m（Na₂SO₃）=126g•mol^-1×$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=18.9g；
設(shè)沒有變質(zhì)的亞硫酸鈉為100g，則有40g亞硫酸鈉被氧化成硫酸鈉，4g亞硫酸氧化為硫酸鈉后質(zhì)量變?yōu)椋?g×$\frac{142}{126}$=45g，則有40%亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉的樣品中亞硫酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{100g-40g}{100g-40g+45g}$×100%=57.14%，
因此稱取變質(zhì)后樣品的質(zhì)量應(yīng)為：$\frac{18.9g}{57.14%}$=33.1g；
故答案為：18.9；33.1；
（3）灰-石膏法與堿法吸收SO₂都是利用SO₂是酸性氧化物可與堿反應(yīng)的性質(zhì)來吸收SO₂的；利用題中已知和有關(guān)信息可知采用石灰-石膏法所用原料易得、成本低等；由于吸收產(chǎn)物亞硫酸鈣由管道輸送至氧化塔氧化，所以缺點為亞硫酸鈣在輸送中容易造成管道堵塞，導(dǎo)致吸收速率慢、效率低，
故答案為：利用SO₂是酸性氧化物，可與堿反應(yīng)；原料易得，成本低；亞硫酸鈣在輸送中容易造成管道堵塞，吸收速率慢，效率低；
（4）將亞硫酸鈉和氫氧化鈣發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成NaOH，然后再將亞硫鈣氧化得到二水硫酸鈣，這樣NaOH能循環(huán)利用，改進(jìn)后的流程圖為，故答案為：．

點評 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點，明確實驗原理及實驗操作方法、儀器用途等知識點是解本題關(guān)鍵，易錯點是（2）題計算，很多在計算需要被氧化的亞硫酸鈉質(zhì)量時直接用第一問求得的亞硫酸鈉質(zhì)量除以其60%，漏掉被氧化后固體質(zhì)量增加，難點是（4）題實驗設(shè)計，題目難度中等．