Question

資料顯示：在煤中加入適量石灰石粉可使煤（含S）燃燒時產生的SO₂轉化成固體CaSO₄，從而減少SO₂排放，該方法被稱為鈣基固硫．這一過程是通過以下兩步反應實現的：
㈠CaCO₃

高溫  .

CaO+CO₂ ㈡2CaO+2SO₂+O₂=2CaSO₄
對此，某實驗小組利用下列實驗裝置和藥品對其可行性進行了模擬探究．

已知實驗所用樣品：Ⅰ---S粉與CaCO₃粉末的混合物Ⅱ---CaSO₄ 粉末
（1）實驗一：①取樣品Ⅰ裝入A中．連續通入過量O₂，加熱至500℃左右，充分反應發現，B中紅色消失、C中出現大量白色渾濁．停止該步實驗的正確操作是

 

．
②取反應后D中溶液滴加過量鹽酸，無明顯現象．由此得知實驗一過程中：A中發生反應的化學方程式是

 

；C中反應的離子方程式是

 

．
③要獲得與以上實驗事實相一致的結論，可替代B中品紅溶液的是

 

．
a．酚酞的NH₃?H₂O溶液              b．酸性KMnO₄溶液
c．酚酞的NaHCO₃溶液               d．Br₂的CCl₄溶液
（2）實驗二：①取樣品Ⅰ裝入A中．連續通入過量O₂，并迅速加熱升溫，控制在1000℃左右，充分反應．發現B中紅色消失，C中出現白色渾濁．
②取反應后D中溶液滴加過量鹽酸，出現大量無色氣泡，反應的離子方程式是

 

．
③反應結束后，將A中余下固體溶入水中，取其上層清液，滴加BaCl₂溶液，立即有白色沉淀出現．
由此得知實驗二：A中發生的反應有

 

（填選“㈠”、“㈡”）．
（3）實驗三：取樣品Ⅱ裝入A中．連續通入過量O₂，加熱至1200℃左右，充分反應，B中紅色消失，則A中發生反應的化學方程式是

 

．比較實驗一、二、三可知，如用該方法固硫，可行的基本條件是

 

．
（4）在中學化學實驗室里，裝置A通常只能選

 

為材料制作的玻璃管，但這種選擇有一點不妥，其理由用化學方程式解釋是：

 

．
（5）實驗所需O₂若改由空氣提供，且對上述實驗探究事實不產生影響，應在A前添加一裝有某藥品的裝置．請將該藥品和裝置圖示在圖中的虛線框內

 

．

Answer 1

分析：（1）①反應進行是用噴燈加熱玻璃管，停止反應進行需要撤下噴燈，通入氧氣一段時間至冷卻，防止發生倒吸；
②反應后D中溶液滴加過量鹽酸，無明顯現象說明玻璃管中發生的是硫和氧氣反應生成二氧化硫；C中是二氧化硫和氧氣通入氯化鋇溶液會反應生成硫酸鋇沉淀；
③替代B中品紅溶液出現相同現象，ab都可以和二氧化硫反應溶液顏色褪去，c、酚酞的NaHCO₃溶液，酚酞在PH大于8時才會開始變色；d、二氧化硫通入Br₂的CCl₄溶液中無水不反應；
（2）②D中溶液滴加過量鹽酸，出現大量無色氣泡，說明玻璃管中受熱反應生成了二氧化碳氣體，③將A中余下固體溶入水中，取其上層清液，滴加BaCl₂溶液，立即有白色沉淀出現說明存在硫酸根離子；說明發生了反應一和二；
（3）依據硫酸鈣受熱分解生成了二氧化硫，結合氧化還原反應電子守恒、原子守恒判斷生成產物；由實驗一和二、三可知鈣基固硫需要把硫元素生成較穩定的硫酸鈣，溫度過高硫酸鈣分解失去鈣基固硫的目的；
（4）反應溫度再1000°C左右，玻璃管需要耐高溫，選擇石英管，缺點是二氧化硅和生成的氧化鈣會發生反應生成硅酸鈣；
（5）空氣中含有二氧化碳會對后續反應現象產生干擾，水蒸氣會使玻璃管發生炸裂；需要先通過裝有堿石灰的干燥管除去二氧化碳和水蒸氣的裝置．

解答：解：（1）①停止反應進行，需要撤掉酒精噴燈，通氧氣到玻璃管冷卻，避免液體倒吸炸裂玻璃管，故答案為：撤掉噴燈，繼續通入O₂至A冷卻；
②取反應后D中溶液滴加過量鹽酸，無明顯現象，說明無二氧化碳生成，所以加熱時制發生了硫和氧氣反應生成二氧化硫氣體，該反應為S+O₂

△   .

SO₂；C中生成白色沉淀是因為二氧化硫在過量氧氣中和氯化鋇發生反應生成硫酸鋇沉淀，由原子守恒配平寫出離子方程式為2SO₂+2H₂O+O₂+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺，
故答案為：S+O₂

△   .

SO₂；2SO₂+2H₂O+O₂+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺；
③a．酚酞的NH₃?H₂O溶液呈紅色，通入二氧化硫氣體反應后溶液變為無色，故a符合；
b．酸性KMnO₄溶液紫紅色，通入二氧化硫被高錳酸鉀氧化為硫酸，反應后溶液褪色，故b符合；
c．酚酞的NaHCO₃溶液不一定呈紅色，不能檢驗生成的二氧化硫氣體，故c不符合；
d．Br₂的CCl₄溶液通入二氧化硫不能反應褪色，故d不符合；
故答案為：ab；
（2）②取反應后D中溶液滴加過量鹽酸，出現大量無色氣泡，說明二氧化硫被吸收和還有二氧化碳氣體生成，D中反應的離子方程式是CO₃^2-+2H⁺=CO₂↑+H₂O，
故答案為：CO₃^2-+2H⁺=CO₂↑+H₂O；
③依據上述實驗分析可知B中紅色消失，C中出現白色渾濁，取反應后D中溶液滴加過量鹽酸，出現大量無色氣泡，說明生成二氧化硫和二氧化碳，應結束后，將A中余下固體溶入水中，取其上層清液，滴加BaCl₂溶液，立即有白色沉淀出現，說明生成了硫酸根離子，判斷反應發生了（一）、（二）；
故答案為：（一）、（二）；
（3）取樣品Ⅱ裝入A中．連續通入過量O₂，加熱至1200℃左右，充分反應，B中紅色消失，說明有二氧化硫生成，結合氧化還原電子守恒分析一定生成氧氣，依據原子守恒、電子守恒寫出化學方程式：2CaSO₄

高溫  .

2CaO+2SO₂↑+O₂↑；分析實驗可知由實驗一和二、三可知鈣基固硫需要把硫元素生成較穩定的硫酸鈣，溫度過高硫酸鈣分解失去鈣基固硫的目的；鈣基固硫的溫度應控制1000°C左右，
故答案為：2CaSO₄

高溫  .

2CaO+2SO₂↑+O₂↑；燃燒溫度需1000℃左右；
（4）因為實驗制備需要高溫下進行，實驗玻璃管應選用耐高溫的材料制成的玻璃管，石英玻璃管耐高溫可以選用，但石英中二氧化硅是酸性氧化物和生成的堿性氧化物氧化鈣會發生反應生成硅酸鈣，反應的化學方程式為：SiO₂+CaO

高溫  .

CaSiO₃，
故答案為：石英；SiO₂+CaO 

高溫  .

CaSiO₃；
（5）空氣中含有二氧化碳會對后續反應現象產生干擾，水蒸氣會使玻璃管發生炸裂；需要先通過裝有堿石灰的干燥管除去二氧化碳和水蒸氣的裝置，裝置圖為：，故答案為：．

點評：本題考查物質制備實驗的方案設計，性質驗證，反應現象和實驗步驟的分析判斷，題干信息的應用能力，注意實驗步驟中的實驗目的和要求是解題的關鍵，題目難度中等．