Question

含硫物質燃燒會產生大量煙氣，主要成分是SO₂、CO₂、N₂、O₂．某研究性學習小組在實驗室利用下列裝置制備模擬煙氣，并測算模擬煙氣通過轉化器的脫硫效率．

回答下列問題：
Ⅰ．模擬煙氣的制備
（1）用A裝置制SO₂，化學反應方程式為

 

．
（2）用B裝置制CO₂，使用該裝置優點的是

 

．
（3）將制得的氣體與空氣充分混合，獲得模擬煙氣用于后續實驗．
Ⅱ．測定煙氣中SO₂的體積分數
（4）將部分模擬煙氣緩慢通過C、D裝置，其中C、D中盛有的藥品分別是

 

、

 

．（填序號）
①KMnO₄溶液  ②飽和NaHSO₃溶液  ③飽和Na₂CO₃溶液  ④飽和NaHCO₃溶液
（5）若模擬煙氣的流速為a mL/min，若t₁分鐘后，測得量筒內液體體積為VmL，則SO₂的體積分數是

 

．
Ⅲ．測算模擬煙氣通過轉化器的脫硫效率（已轉化的SO₂占原有SO₂的百分比）
（6）將模擬煙氣通過轉化器E裝置，E裝置中盛有FeCl₂、FeCl₃的混合溶液，常溫下，它可催化SO₂與O₂的反應，以達到脫硫目的．寫出催化劑參與反應過程的離子方程式 ①SO₂+2H₂O+2Fe³⁺═SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺  ②

 

．
（7）若模擬煙氣仍以a mL/min的流速通過轉化器E裝置，t₂分鐘后，向E裝置中加入酸化的BaCl₂溶液得到白色渾濁液，經

 

、洗滌、

 

、稱量，得到mg固體．若實驗的氣體體積已折算為標準狀況，則該轉化器的脫硫效率是

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ．（1）實驗室利用濃硫酸和亞硫酸鈉反應制備二氧化硫；
（2）通過長頸漏斗控制加如鹽酸的量，從而控制鹽酸和塑料板上碳酸鈣的接觸面積，隨時控制反應的發生和停止；
Ⅱ．（4）煙氣中含有的二氧化硫可以和高錳酸鉀溶液反應被吸收，二氧化碳用排液法測其體積；
    （5）量筒內液體體積為VmL，二氧化碳體積就是Vml，求出二氧化碳體積百分數，然后可求二氧化硫的體積分數；
    （6）催化劑通過參與反應改變反應的歷程加快反應速率，本身在反應前后無論質量還是數量都不變；
    （7）為了能夠準確的測量硫酸鋇的質量，要從溶液中分離固體硫酸鋇，依次進行過濾、洗滌、干燥的操作；
        依據產生的硫酸鋇的質量，可以求出轉化的二氧化硫的量，可以求出轉化器的脫硫效率．

解答：解：（1）濃硫酸和亞硫酸鈉反應的方程式：Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑，故答案為：Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑；
（2）通過控制長頸漏斗鹽酸的加入量，控制反應的發生和停止，故答案為：隨時控制反應的發生和停止；
Ⅱ．（4）二氧化硫具有強的還原性，可以用強氧化性的高錳酸鉀吸收；二氧化碳在飽和碳酸鈉溶液中的溶解度很小，可以用排飽和碳酸氫鈉溶液來側量其體積，故答案為：①④；
（5）二氧化碳的體積是Vml，則二氧化碳的體積分數為：

V

at1

，則二氧化硫的體積分數為100%-

V

at1

=

100(at1-V)

at1

%，故答案為：

100(at1-V)

at1

%；
（6）①SO₂+2H₂O+2Fe³⁺═SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺ 在反應①中三價鐵離子被還原為二價鐵離子，要想保持質量、性質不變，得到的二價鐵離子應該被氧氣氧化為三價鐵離子，反應的方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺，故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=2H₂O+4Fe³⁺；
（7）為了保證準確的測量出反應生成的硫酸鋇固體，從溶液中分離固體硫酸鋇，依次進行過濾、洗滌、干燥的操作，故答案為：過濾  干燥；
t₂分鐘內煙氣中含二氧化硫的體積為：V（SO₂）=at₂×

100(at1-V)

at1

%；
根據上述反應可知各物質之間量的關系為：
     SO₂～SO₄^2-～BaSO₄
   22400ml                  233g
    V（SO₂）′mg
  所以轉化的二氧化硫氣體的體積為：V（SO₂）′=

22400m

233

；    所以二氧化硫的轉化率=

V(SO2)′

V(SO2)

=

22400mt1

233t2(at1-V)

，
故答案為：

22400mt1

233t2(at1-V)

．

點評：本題一道實驗題，借助二氧化硫的污染治理情境，考查了氣體制備原理，實驗裝置的選擇，二氧化硫的性質及相關計算，題目綜合性強，難度中等，注意在學習過程中注意培養分析問題，解決問題的能力．