Question

17．某研究性學習小組的同學用下圖裝置研究二氧化硫催化氧化的過程（加熱裝置已省略），并制取少量三氧化硫晶體，D處盛放V₂O₅作為催化劑，E處為冰水浴．

（1）實驗前，必須進行的操作是（填操作名稱，不必寫具體過程）檢查裝置的氣密性．
（2）D中發(fā)生的化學反應方程式為2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃．
（3）C裝置中盛放的液體藥品是濃硫酸；裝置C的三個作用是：
①干燥二氧化硫和氧氣   ②使二氧化硫和氧氣混合均勻③通過觀察控制氣體比例和氣流速度
（4）裝置E的作用是使SO₃凝結成固體與SO₂分離；裝置F中溶液逐漸褪色，則該反應的離子方程式是5SO₂+2H₂O+2MnO₄^-=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺．
（5）若裝置按A→B→C→D→E→G→F連接順序進行實驗，且裝置G中有40mL 2.5mol•L^-1 NaOH溶液，反應后增重4.8g，則裝置G中發(fā)生總反應的化學方程式是3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O．

Answer 1

分析 研究二氧化硫催化氧化的過程（加熱裝置已省略），并制取少量三氧化硫晶體：A裝置：制取二氧化硫，B裝置：制取氧氣，C裝置：干燥二氧化硫和氧氣；使二氧化硫和氧氣混合均勻；通過觀察氣泡控制氣體比例和流速，D裝置：D中發(fā)生的是SO₂催化氧化的反應，E裝置：E的作用是冷卻裝置，使SO₃凝結成固體與SO₂分離，F裝置：高錳酸鉀溶液氧化二氧化硫，G裝置：尾氣處理．
（1）該實驗主要是氣體間的反應，所以實驗前，必須進行的操作是檢查裝置的氣密性；
（2）D中發(fā)生的是SO₂催化氧化的反應，即二氧化硫與氧氣催化氧化生成三氧化硫；
（3）C裝置中盛放的液體藥品是濃硫酸，裝置C作用：干燥二氧化硫和氧氣；使二氧化硫和氧氣混合均勻；通過觀察氣泡控制氣體比例和流速；
（4）裝置E的作用是冷卻裝置，三氧化硫的沸點較低，通過冰水混合物，使SO₃凝結成固體與SO₂分離，裝置F中高錳酸鉀溶液會和二氧化硫反應逐漸褪色，生成Mn²⁺，二氧化硫被氧化為硫酸，根據化合價升降總數相等以及電荷守恒書寫離子反應方程式；
（5）若裝置F中有40mL 2.5mol•L^-1NaOH溶液，反應后增重4.8g，吸收的為二氧化硫氣體，依據反應方程式及二氧化硫氫氧化鈉物質的量進行分析判斷生成產物，然后寫出反應的化學方程式即可．

解答 解：（1）該實驗的目的是研究二氧化硫催化氧化的過程，二氧化硫為氣體，參加反應的氧氣為氣體，主要是氣體間的反應，為了保證實驗順利進行，需在實驗前必須進行的操作是檢查裝置的氣密性，
故答案為：檢查裝置的氣密性；
（2）D中發(fā)生的是SO₂與氧氣催化氧化生成三氧化硫，化學方程式為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃，
故答案為；2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃；
（3）探究二氧化硫催化氧化的過程，需對二氧化硫、氧氣進行干燥，C裝置中盛放的液體藥品是濃硫酸，C裝置除了干燥作用，還能使二氧化硫和氧氣混合均勻；通過觀察氣泡控制氣體比例和流速，
故答案為：干燥二氧化硫和氧氣；使二氧化硫和氧氣混合均勻；通過觀察控制氣體比例和氣流速度；
（4）裝置E的作用是冷卻裝置，三氧化硫的沸點較低，通過冰水混合物，使SO₃凝結成固體與SO₂分離，裝置F中高錳酸鉀溶液會和二氧化硫反應逐漸褪色，生成Mn²⁺，二氧化硫被氧化為硫酸，S：+4→+6，↑2，×5，Mn：+7→+2，↓5，×2，所以反應的離子方程式為：5SO₂+2H₂O+2MnO₄^-=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
故答案為：使SO₃凝結成固體與SO₂分離；5SO₂+2H₂O+2MnO₄^-=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（5）若n（SO₂）：n（NaOH）=1：2反應按照反應：SO₂+2NaOH═Na₂SO₃+H₂O；若n（SO₂）：n（NaOH）=1：1，反應按照反應SO₂+NaOH═NaHSO₃；裝置Ⅳ中有40mL 2.5mol•L^-1 NaOH溶液中n（NaOH）=0.1mol，n（SO₂）=$\frac{4.8g}{64g/mol}$=0.075mol；n（SO₂）：n（NaOH）=0.075：0.1=3：4，所以生成產物為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，
設生成亞硫酸鈉xmol、亞硫酸氫鈉ymol，
則：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.075}\\{2x+y=0.1}\end{array}\right.$，解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.025}\\{y=0.05}\end{array}\right.$，
即n（Na₂SO₃）：n（NaHSO₃）=1：2，
所以反應的化學方程式為：3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O，
故答案為：3SO₂+4NaOH═Na₂SO₃+2NaHSO₃+H₂O．

點評 本題主要考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型，重點考查制備過程中的注意問題和條件的選擇依據，注重了對知識的綜合運用和遷移能力考查，題目難度中等．