Question

15．二氧化硫是硫的重要化合物，在生產、生活中有廣泛應用．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，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制取二氧化硫．

如果用硫酸和亞硫酸鈉反應制取二氧化硫，并希望能控制反應速度，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制取3.36L（標準狀況）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（質量分數(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-石膏法的吸收反應為SO₂+Ca（OH）₂→CaSO₃↓+H₂O．吸收產物亞硫酸鈣由管道輸送至氧化塔氧化，反應為2CaSO₃+O₂+4H₂O→2CaSO₄•2H₂O．其流程如圖1，堿法的吸收反應為SO₂+2NaOH→Na₂SO₃+H₂O．堿法的特點是氫氧化鈉堿性強、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原理相同之處是利用SO₂是酸性氧化物，可與堿反應．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上，設計一個改進的、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，反應物是固液混合，且該反應不需要加熱，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，根據關系式及二氧化硫的物質的量計算出需要亞硫酸鈉的質量；設沒有變質的亞硫酸鈉為100g，根據變質的質量計算出變質后溶液中亞硫酸鈉的質量分數(shù)，再計算出需要變質后的亞硫酸鈉的質量；
（3）根據石灰-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)生復分解反應生成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，反應物是固液混合，且該反應不需要加熱，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量為：m（Na₂SO₃）=126g•mol^-1×$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=18.9g；
設沒有變質的亞硫酸鈉為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量分數(shù)為：$\frac{100g-40g}{100g-40g+45g}$×100%=57.14%，
因此稱取變質后樣品的質量應為：$\frac{18.9g}{57.14%}$=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的性質來吸收SO₂的；利用題中已知和有關信息可知采用石灰-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；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)生復分解反應生成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，改進后的流程圖為，故答案為：．

點評 本題考查物質制備，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量時直接用第一問求得的亞硫酸鈉質量除以其60%，漏掉被氧化后固體質量增加，難點是（4）題實驗設計，題目難度中等．