Question

过氧化钙（CaO₂）在日常生活和工农业生产中常用于种子消毒、药物制造、油脂漂白及鱼池增氧等．已知：过氧化钙与CO₂反应有气体生成，而将SO₂通入过氧化钙粉末中也有气体生成．有人提出CO₂、SO₂与过氧化钙的反应原理相同，但也有人提出SO₂具有较强的还原性，CO₂无强还原性，反应原理不相同．据此设计如下实验操作，通过测量气体的体积判断发生的化学反应，实验装置如图：
（1）试剂A可以选用

 

，试剂B的作用是

 

．
（2）装置 E 用于测定氧气的体积，请在方框中画出装置图．
（3）若实验中产生的SO₂足量，且与过氧化钙充分反应，取反应后的固体进行实验探究，以验证过氧化钙与SO₂反应的生成物．
提出假设：
假设1：反应后固体只有

 

，证明SO₂未被氧化；
假设2：反应后固体中只有

 

，证明SO₂完全被氧化；
假设3：

 

．若SO₂完全被氧化，写出反应的化学方程式：

 

．
（4）实验测得装置C中过氧化钙质量增加了m₁ g，装置D质量增加了m₂ g，装置E 中收集到的气体为V  L（已换算成标准状况下），用上述有关测量数据判断，SO₂未被氧化、部分被氧化、完全被氧化的 V-m₁ 关系式．
未被氧化：

 

，部分被氧化：

 

，完全被氧化：

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）过氧化钙和水反应，装置B中试剂能吸收水蒸气，所以试剂A为浓硫酸；装置E为排水法测定气体体积，则装置D需要除去未反应的二氧化硫，据此判断试剂B的作用；
（2）根据测定氧气的体积利用排水量气法常用装置进行解答；
（3）若反应后固体只有Na₂SO₃，证明SO₂未被氧化；如果反应后固体中只有Na₂SO₄，证明SO₂完全被氧化；如果固体为Na₂SO₃和Na₂SO₄的混合物，证明二氧化硫部分被氧化，据此进行解答；
（4）若SO₂未被氧化，发生反应为：2CaO₂+2SO₂=2CaSO₃+O₂，若二氧化硫全部被氧化发生的反应为：CaO₂+SO₂=CaSO₄，反应过程中无氧气生成，V=0，利用差量法计算出SO₂未被氧化、部分被氧化、完全被氧化的 V-m₁关系式．

解答： 解：（1）过氧化钙（CaO₂）和水反应，装置A中试剂需要收水蒸气，所以试剂A为浓硫酸，用于干燥气体除去水蒸气；
装置E为测定生成气体的体积，需要把剩余的二氧化硫除去，所以试剂B的作用是吸收未反应的SO₂，
故答案为：浓硫酸；吸收未反应的SO₂；
（2）装置E的作用是测定氧气的体积，利用的是排水量气法，可以采用以下几种装置中的一种：，
故答案为：；
（3）反应后的固体可能为Na₂SO₃或Na₂SO₄或二者的混合物，所以提出的假设有三种：
假设1：反应后固体只有Na₂SO₃，证明SO₂未被氧化；
假设2：反应后固体中只有Na₂SO₄，证明SO₂完全被氧化；
假设3：反应后固体为Na₂SO₃和Na₂SO₄的混合物，证明SO₂部分被氧化；
如果二氧化硫完全被氧化，则反应产物为硫酸钙，二氧化硫全部被氧化，反应的化学方程式为：CaO₂+SO₂=CaSO₄，
故答案为：反应后固体只有Na₂SO₃；反应后固体中只有Na₂SO₄；反应后固体为Na₂SO₃和Na₂SO₄的混合物，证明SO₂部分被氧化；CaO₂+SO₂=CaSO₄；
（4）若SO₂未被氧化，发生反应方程式为：2CaO₂+2SO₂=2CaSO₃+O₂，依据化学方程式和反应增重计算E中收集的氧气：
2CaO₂+2SO₂=2CaSO₃+O₂   固体增重
                1mol    96g
               

V

22.4

mol  m₁g
1mol×m₁g=96g×

V

22.4

mol，
解得：V=

7m1

30

，
若二氧化硫全部被氧化发生的反应为：CaO₂+SO₂=CaSO₄，反应过程中无氧气生成，V=0，
若二氧化硫部分被氧化，则生成的氧气体积范围为：0＜V＜

V

22.4

，
故答案为：V=

7m1

30

；0＜V＜

V

22.4

；0．

点评：本题考查了性质实验方案的设计方法及有关范围讨论化学计算，题目难度中等，明确题干信息及实验目的为解答此类题的关键，解答过程中实验设计的步骤和实验方案的确定需要根据题干要求分析，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．