Question

6．实验室中，用如图1所示装置及所给药品（图中部分夹持仪器已略去）探究工业制硫酸接触室中的反应，并测定此条件下二氧化硫的转化率．

已知：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.6kJ/mol；SO₃熔点为16.8℃．假设气体进入装置时分别被完全吸收，且忽略装置内空气中的CO₂．
（1）根据实验目的，请从上面如图2中选择Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处合适的装置，将其序号填入空格中：装置ⅠB，装置ⅡA，装置ⅢD．
（2）开始进行实验时，首先应进行的操作是检查装置气密性．
（3）加热硬质玻璃管时，若不断升高温度，SO₂的转化率会减小（填“增大”、“不变”或“减小”）
（4）停止通入SO₂，熄灭酒精灯后，为使残留在装置中的SO₂、SO₃被充分吸收，操作方法是继续通入氧气一段时间．
（5）实验结束后，若装置Ⅱ增加的质量为b g，装置Ⅲ增加的质量为a g，则此条件下二氧化硫的转化率是$\frac{4b}{4b+5a}$×100%；过程中反应放出热量为1.223bkJ（用含字母的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）可以用浓硫酸来干燥二氧化硫气体；SO₃的熔点是16，8℃，较低，可以用冰水来获得三氧化硫，Ⅲ中为吸水和尾气处理；
（2）气体的制备及性质实验中需要检查装置的气密性；
（3）根据（1）中的热化学方程式，升温平衡向逆反应方向进行判断；
（4）为使残留在装置中的SO₂、SO₃被充分吸收，用氧气把装置中的二氧化硫和三氧化硫赶到A装置中吸收三氧化硫，二氧化硫赶入D装置中被氢氧化钠溶液吸收；
（5）依据硫元素守恒计算得到反应生成的三氧化硫物质的量，和剩余二氧化硫被氢氧化钠吸收的物质的量，根据转化率概念计算；结合三氧化硫的物质的量及热化学方程式2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.6kJ/mol计算．

解答 解：（1）Ⅰ装置必须要对二氧化硫进行干燥，可以用浓硫酸来干燥二氧化硫气体；SO₃的熔点是16，8℃，可以用冰水来获得三氧化硫；未反应掉的二氧化硫对空气会产生污染，Ⅲ中应该加氢氧化钠溶液尾气处理装置，
故答案为：B；A；D；
（2）实验前，必须进行的操作是检查装置的气密性，
故答案为：检查装置的气密性；
（3）根据（1）中的热化学方程式，升温平衡向逆反应方向进行，所以SO₂的转化率会减小，
故答案为：减小；
（4）为使残留在装置中的SO₂、SO₃被充分吸收，用氧气把装置中的二氧化硫和三氧化硫赶到A装置中吸收三氧化硫，二氧化硫赶入D装置中被氢氧化钠溶液吸收，
故答案为：继续通入氧气一段时间；
（5）已知Ⅱ增加的质量为b g即三氧化硫的质量，因此，反应生成三氧化硫的二氧化硫物质的量=$\frac{bg}{80g/mol}$=$\frac{b}{80}$mol；装置Ⅲ增加的质量为a g即被氢氧化钠吸收的剩余二氧化硫物质的质量，因此，剩余的二氧化硫物质的量=$\frac{ag}{64g/mol}$=$\frac{a}{64}$mol，
所以二氧化硫的转化率=$\frac{\frac{b}{80mol}}{\frac{b}{80}mol+\frac{a}{64}mol}$×100%=$\frac{4b}{4b+5a}$×100%；
反应生成$\frac{b}{80}$mol三氧化硫，根据反应2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.6kJ/mol可知反应放出热量为：196.6kJ/mol×$\frac{1}{2}$×$\frac{b}{80}$mol≈1.223bkJ，
故答案为：$\frac{4b}{4b+5a}$×100%；1.223bkJ．

点评 本题考查工业制硫酸的方法，题目难度中等，涉及二氧化硫的性质、化学平衡的影响因素、计算以及化学方程式的书写等知识，明确实验原理为解答关键，试题综合性较强，充分考查学生分析和解决问题的能力，侧重实验及计算能力的考查．