Question

14．SO₂是無色有刺激性氣味的有毒氣體，是一種主要的氣態(tài)污染物．某化學興趣小組擬對SO₂的化學性質和用途進行探究．
（1）根據SO₂中S元素的化合價，預測并通過實驗驗證SO₂的性質．探究過程實驗裝置如圖1所示（夾持儀器省略）．
①A中發(fā)生反應的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．B中溶液可驗證SO₂具有氧化性，若C中的是品紅溶液，設計該裝置的實驗目的是驗證SO₂漂白的可逆性．
②在上述裝置中通入過量的SO₂，為了驗證A中發(fā)生了氧化還原反應，取A中溶液分成兩份，并設計了如下實驗：
方案一：往第一份試液中加入少量酸性KMnO₄溶液，紫紅色褪去；
方案二：往第二份試液中加入KSCN溶液，不變紅，再加入新制的氯水，溶液變紅．
上述方案不合理的是方案一，原因是過量的SO₂也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色．
（2）二氧化硫通常作為保護劑添加到葡萄酒中，有殺菌、抗氧化、改善風味和增酸的作用，但吸入過量的二氧化硫對人體有害．我國國家標準規(guī)定葡萄酒中SO₂的最大使用量為0.25g/L．圖2為該小組對葡萄酒中的SO₂進行收集與測量的裝置．
①儀器C的名稱是冷凝器．
②A中加入200.00mL葡萄酒和適量鹽酸，加熱使SO₂全部逸出并與B中H₂O₂完全反應．
③除去B中過量的H₂O₂，然后用0.0600mol/LNaOH標準溶液進行滴定，
滴定至終點時，消耗NaOH溶液20.00mL，該葡萄酒中SO₂含量為0.192g/L．該測定結果比實際值偏高，原因是鹽酸易揮發(fā)，揮發(fā)的HCl進入B中也會消耗NaOH
（3）該小組同學設想將SO₂生產硫酸的反應設計成原電池（如圖3），并采用串聯方式來電解處理工業(yè)制硝酸尾氣中的NO，可制得副產品NH₄NO₃．已知：每個電池中通入SO₂的體積均為33.6L（標準狀況），且反應完全．則電池中負極的電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，電解池中陽極的電極反應式為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，理論上最多能生成的NH₄NO₃的物質的量為1mol．

Answer 1

分析 （1）實驗驗證SO₂的性質，實驗中用濃硫酸與亞硫酸鈉反應生成二氧化硫，驗證二氧化硫的還原性用二氧化硫與氯化鐵反應，再用二氧化硫與硫化鈉反應驗證二氧化硫的氧化性，最后在有水浴的裝置中驗證二氧化硫的漂白的可逆性，D裝置用氫氧化鈉吸收二氧化硫；
①A中發(fā)生反應為二氧化硫與氯化鐵反應生成亞鐵離子和硫酸根離子；
②過量的二氧化硫能溶于水，能和高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應，高錳酸鉀是強氧化劑把二氧化硫氧化為硫酸，高錳酸鉀褪色；
（2）①根據儀器A特點和用途書寫其名稱；
③根據關系式2NaOH～H₂SO₄～SO₂及氫氧化鈉的物質的量計算出二氧化硫的質量，再計算出該葡萄酒中的二氧化硫含量；鹽酸易揮發(fā)，揮發(fā)的HCl進入B中也會消耗NaOH導致測定結果比實際值偏高；
（3）原電池中在負極失電子發(fā)生氧化反應，正極上得到電子發(fā)生還原反應；將SO₂生產硫酸的反應設計成原電池，負極為二氧化硫失去電子生成硫酸；采用串聯方式來電解處理工業(yè)制硝酸尾氣中的NO，電解陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應，陽極為一氧化氮失去電子生成硝酸根離子，根據得失電子守恒計算理論上最多能生成的NH₄NO₃的物質的量．

解答 解：（1）①A中發(fā)生反應為二氧化硫與氯化鐵反應生成亞鐵離子和硫酸根離子，反應的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-，B中二氧化硫（S為+4價）與硫化鈉反應生成硫單質（S為0價），二氧化硫表現氧化性，驗證二氧化硫的氧化性，C中的是品紅溶液，二氧化硫能使品紅褪色，水浴加熱，能恢復原顏色，可驗證二氧化硫的漂白的可逆性，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-；氧化；驗證SO₂漂白的可逆性；
②二氧化硫有還原性，高錳酸鉀有強氧化性，過量的二氧化硫能與高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應使高錳酸鉀溶液褪色，反應的離子方程式為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，所以方案一不合理，
故答案為：方案一；過量的SO₂也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
（2）①根據儀器A的構造可知，儀器A為冷凝管，冷凝葡萄酒中的易揮發(fā)易冷凝的物質，
故答案為：冷凝器；
②根據2NaOH～H₂SO₄～SO₂可知SO₂的質量為：$\frac{1}{2}$×（0.0600mol/L×0.020L）×64g/mol=0.0384g，該葡萄酒中的二氧化硫含量為：$\frac{0.0384g}{0.2L}$=0.192g/L，由于鹽酸是揮發(fā)性酸，揮發(fā)的酸消耗氫氧化鈉，使得消耗的氫氧化鈉溶液體積增大，測定結果偏高，
故答案為：0.192；鹽酸易揮發(fā)，揮發(fā)的HCl進入B中也會消耗NaOH；
（3）將SO₂生產硫酸的反應設計成原電池，負極為二氧化硫失去電子生成硫酸，反應為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，采用串聯方式來電解處理工業(yè)制硝酸尾氣中的NO，電解陽極發(fā)生氧化反應，為一氧化氮失去電子生成硝酸根離子，反應為：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，每個電池中通入SO₂的體積均為33.6L（標準狀況），且反應完全．n（SO₂）=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，轉移3mol電子，根據NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺可知，生成1mol硝酸銨，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；1mol．

點評 本題考查了有關SO₂的化學性質和用途探究實驗，試題涉及了二氧化硫性質、氧化還原、電化學等知識，明確二氧化硫的化學性質及原電池、電解池的工作原理是解答關鍵，試題培養(yǎng)了學生靈活應用所學知識的能力，題目難度中等．