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(xué)興趣小組擬對(duì)SO₂的化學(xué)性質(zhì)和用途進(jìn)行探究．
（1）根據(jù)SO₂中S元素的化合價(jià)，預(yù)測(cè)并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證SO₂的性質(zhì)．探究過程實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示（夾持儀器省略）．
①A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．B中溶液可驗(yàn)證SO₂具有氧化性，若C中的是品紅溶液，設(shè)計(jì)該裝置的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證SO₂漂白的可逆性．
②在上述裝置中通入過量的SO₂，為了驗(yàn)證A中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，取A中溶液分成兩份，并設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：
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(hù)劑添加到葡萄酒中，有殺菌、抗氧化、改善風(fēng)味和增酸的作用，但吸入過量的二氧化硫?qū)θ梭w有害．我國國家標(biāo)準(zhǔn)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(duì)葡萄酒中的SO₂進(jìn)行收集與測(cè)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(yīng)．
③除去B中過量的H₂O₂，然后用0.0600mol/LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，
滴定至終點(diǎn)時(shí)，消耗NaOH溶液20.00mL，該葡萄酒中SO₂含量為0.192g/L．該測(cè)定結(jié)果比實(shí)際值偏高，原因是鹽酸易揮發(fā)，揮發(fā)的HCl進(jìn)入B中也會(huì)消耗NaOH
（3）該小組同學(xué)設(shè)想將SO₂生產(chǎn)硫酸的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池（如圖3），并采用串聯(lián)方式來電解處理工業(yè)制硝酸尾氣中的NO，可制得副產(chǎn)品NH₄NO₃．已知：每個(gè)電池中通入SO₂的體積均為33.6L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全．則電池中負(fù)極的電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，電解池中陽極的電極反應(yīng)式為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，理論上最多能生成的NH₄NO₃的物質(zhì)的量為1mol．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證SO₂的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)中用濃硫酸與亞硫酸鈉反應(yīng)生成二氧化硫，驗(yàn)證二氧化硫的還原性用二氧化硫與氯化鐵反應(yīng)，再用二氧化硫與硫化鈉反應(yīng)驗(yàn)證二氧化硫的氧化性，最后在有水浴的裝置中驗(yàn)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(yīng)為二氧化硫與氯化鐵反應(yīng)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(yīng)，高錳酸鉀是強(qiáng)氧化劑把二氧化硫氧化為硫酸，高錳酸鉀褪色；
（2）①根據(jù)儀器A特點(diǎn)和用途書寫其名稱；
③根據(jù)關(guān)系式2NaOH～H₂SO₄～SO₂及氫氧化鈉的物質(zhì)的量計(jì)算出二氧化硫的質(zhì)量，再計(jì)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(jìn)入B中也會(huì)消耗NaOH導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果比實(shí)際值偏高；
（3）原電池中在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；將SO₂生產(chǎn)硫酸的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，負(fù)極為二氧化硫失去電子生成硫酸；采用串聯(lián)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(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽極為一氧化氮失去電子生成硝酸根離子，根據(jù)得失電子守恒計(jì)算理論上最多能生成的NH₄NO₃的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）①A中發(fā)生反應(yīng)為二氧化硫與氯化鐵反應(yīng)生成亞鐵離子和硫酸根離子，反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-，B中二氧化硫（S為+4價(jià)）與硫化鈉反應(yīng)生成硫單質(zhì)（S為0價(jià)），二氧化硫表現(xiàn)氧化性，驗(yàn)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(fù)原顏色，可驗(yàn)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(yàn)證SO₂漂白的可逆性；
②二氧化硫有還原性，高錳酸鉀有強(qiáng)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(yīng)使高錳酸鉀溶液褪色，反應(yīng)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(jù)儀器A的構(gòu)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(zhì)，
故答案為：冷凝器；
②根據(jù)2NaOH～H₂SO₄～SO₂可知SO₂的質(zhì)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(cè)定結(jié)果偏高，
故答案為：0.192；鹽酸易揮發(fā)，揮發(fā)的HCl進(jìn)入B中也會(huì)消耗NaOH；
（3）將SO₂生產(chǎn)硫酸的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，負(fù)極為二氧化硫失去電子生成硫酸，反應(yīng)為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，采用串聯(lián)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(yīng)，為一氧化氮失去電子生成硝酸根離子，反應(yīng)為：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，每個(gè)電池中通入SO₂的體積均為33.6L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全．n（SO₂）=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，轉(zhuǎn)移3mol電子，根據(jù)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(diǎn)評(píng) 本題考查了有關(guān)SO₂的化學(xué)性質(zhì)和用途探究實(shí)驗(yàn)，試題涉及了二氧化硫性質(zhì)、氧化還原、電化學(xué)等知識(shí)，明確二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)及原電池、電解池的工作原理是解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，題目難度中等．