Question

6．煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放．其研究性學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室利用下列裝置制備模擬煙氣（主要成分SO₂、CO₂、N₂、O₂），并測(cè)定煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)以及研究通過轉(zhuǎn)化器的脫硫效率：

回答下列問題：
1．模擬煙氣的制備
（1）寫出裝置A中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式C+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+SO₂↑+2H₂O；檢查裝置A氣密性的方法是向分液漏斗中注入蒸餾水后，關(guān)閉止水夾，打開分液漏斗下端活塞使液體流下，一段時(shí)間后，液體不能繼續(xù)滴下，證明氣密性良好．
2．測(cè)定煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)
（2）欲測(cè)定煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)，則裝置按氣流方向的接口順序?yàn)閍bcedf．
（3）①甲同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該在裝置C、D（填字母）之間增加一個(gè)盛有品紅溶液的洗氣瓶，理由是檢驗(yàn)是否被完全吸收．
②在準(zhǔn)確讀取量筒讀數(shù)之前冷卻至室溫、并上下移動(dòng)量筒使得量筒液面與廣口瓶液面相平．
（4）乙同學(xué)根據(jù)模擬煙氣的流速，（amL/min）和t min后量筒內(nèi)液體的體積（V mL）測(cè)得二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)，其結(jié)果總是偏大，原因可能是模擬煙氣中的氧氣與溶解在水中的反應(yīng)．
3．模擬煙氣通過轉(zhuǎn)化器的脫硫效率研究
（5）將模擬煙氣通過裝置F，其中盛有FeCl₂，F(xiàn)eCl₃的混合溶液，它可以催化SO₂與氧氣的反應(yīng)以達(dá)到脫硫的目的．
①寫出催化劑參與反應(yīng)過程中的離子方程式：SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺．
②丙同學(xué)在此實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)黃色溶液先變成紅棕色，查閱資料得Fe³⁺+6SO₂=[Fe（SO₂）₆]³⁺（紅棕色），請(qǐng)用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋實(shí)驗(yàn)中溶液顏色變化的原因：平衡向右移動(dòng)，溶液由黃色變?yōu)榧t棕色．

Answer 1

分析 1．模擬煙氣的制備
（1）裝置A中是濃硫酸和碳加熱反應(yīng)出二氧化碳、二氧化硫和水；檢驗(yàn)裝置A氣密性先密閉裝置，在分液漏斗中加入水，觀察水是否流下判斷氣密性；
2．測(cè)定煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)
（2）裝置A按照碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳和水，通過裝置B模擬煙氣，進(jìn)入裝置C檢驗(yàn)和吸收二氧化硫氣體，進(jìn)入裝置D，導(dǎo)氣管短進(jìn)長出，排碳酸氫鈉溶液進(jìn)入裝置E測(cè)定二氧化碳體積，據(jù)此計(jì)算測(cè)定煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)；
（3）①裝置C除去二氧化硫是否完全，上述實(shí)驗(yàn)裝置不能判斷，需要增加一個(gè)驗(yàn)證二氧化硫是否除凈的裝置，增加一個(gè)盛有品紅溶液的洗氣瓶；
②排液法測(cè)定氣體體積需要我的冷卻到室溫，且兩邊液面相平；
（4）乙同學(xué)根據(jù)模擬煙氣的流速，（amL/min）和t min后量筒內(nèi)液體的體積（V mL）測(cè)得二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)，其結(jié)果總是偏大可能是二氧化硫和溶解在水中的氧氣氧化；
3．模擬煙氣通過轉(zhuǎn)化器的脫硫效率研究
（5）①催化劑通過參與反應(yīng)改變反應(yīng)的歷程加快反應(yīng)速率，本身在反應(yīng)前后無論質(zhì)量還是數(shù)量都不變；
②Fe³⁺和SO₂生成紅棕色的Fe（SO₂）₆³⁺反應(yīng)速率較快，鐵離子氧化二氧化硫反應(yīng)緩慢，但是反應(yīng)限度較大，使溶液中Fe³⁺濃度降低，生成Fe（SO₂）₆³⁺的平衡逆向移動(dòng)．

解答 解：（1）裝置A中是濃硫酸和碳加熱反應(yīng)出二氧化碳、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+SO₂↑+2H₂O，檢驗(yàn)裝置A氣密性先密閉裝置方法為：向分液漏斗中注入蒸餾水后，關(guān)閉止水夾，打開分液漏斗下端活塞使液體流下，一段時(shí)間后，液體不能繼續(xù)滴下，證明氣密性良好，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+SO₂↑+2H₂O；向分液漏斗中注入蒸餾水后，關(guān)閉止水夾，打開分液漏斗下端活塞使液體流下，一段時(shí)間后，液體不能繼續(xù)滴下，證明氣密性良好；
（2）裝置A按照碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳和水，通過裝置B模擬煙氣，進(jìn)入裝置C檢驗(yàn)和吸收二氧化硫氣體，進(jìn)入裝置D，導(dǎo)氣管短進(jìn)長出，排碳酸氫鈉溶液進(jìn)入裝置E測(cè)定二氧化碳體積，據(jù)此計(jì)算測(cè)定煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)，則裝置按氣流方向的接口順序?yàn)閍bcedf，
故答案為：bcedf；
（3）①應(yīng)該在裝置CD之間增加一個(gè)盛有品紅溶液的洗氣瓶，檢驗(yàn)二氧化硫是否除凈，
故答案為：C、D；檢驗(yàn)是否被完全吸收；
 ②在準(zhǔn)確讀取量筒讀數(shù)之前冷卻至室溫、并上下移動(dòng)量筒使得量筒液面與廣口瓶液面相平．
故答案為：冷卻至室溫；
（4）乙同學(xué)根據(jù)模擬煙氣的流速，（amL/min）和t min后量筒內(nèi)液體的體積（V mL）測(cè)得二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)，其結(jié)果總是偏大，原因可能是模擬煙氣中的氧氣與溶解在水中的二氧化硫反應(yīng)，
故答案為：模擬煙氣中的氧氣與溶解在水中的二氧化硫反應(yīng)；
3．模擬煙氣通過轉(zhuǎn)化器的脫硫效率研究
（5）①SO₂+2H₂O+2Fe³⁺═SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺ 在反應(yīng)①中三價(jià)鐵離子被還原為二價(jià)鐵離子，要想保持質(zhì)量、性質(zhì)不變，得到的二價(jià)鐵離子應(yīng)該被氧氣氧化為三價(jià)鐵離子，反應(yīng)的方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺；
②Fe³⁺和SO₂生成紅棕色的Fe（SO₂）₆³⁺反應(yīng)速率較快：Fe³⁺+6SO₂?Fe（SO₂）₆³⁺，平衡向右移動(dòng)，溶液由黃色變?yōu)榧t棕色，
故答案為：平衡向右移動(dòng)，溶液由黃色變?yōu)榧t棕色．

點(diǎn)評(píng) 本題一道實(shí)驗(yàn)題，借助二氧化硫的污染治理情境，考查了氣體制備原理，實(shí)驗(yàn)裝置的選擇，二氧化硫的性質(zhì)及相關(guān)計(jì)算，題目綜合性強(qiáng)，難度中等，注意在學(xué)習(xí)過程中注意培養(yǎng)分析問題，解決問題的能力．