Question

16．某研究性学习小组通过下列反应原理制备SO₂并进行性质探究．反应原理为：Na₂SO₃（固）+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O

（1）根据上述原理制备并收集干燥SO₂的实验装置连接顺序为AECED或AECD或AECF．
（2）D中盛装的试剂为NaOH溶液．
（3）甲同学用注射器吸取纯净的SO₂并结合装置G进行SO₂的性质实验，若X是Na₂S溶液，其目的是检验SO₂的氧化性，可观察到的现象产生黄色沉淀．
（4）实验1：乙同学将溶液X换为浓度均为0.1mol/L Fe（NO₃）₃和BaCl₂的混合溶液（已经除去溶解氧），通入少量SO₂后观察到烧杯产生白色沉淀，乙同学认为白色沉淀为BaSO₄，为探究白色沉淀的成因，他继续进行如下实验验证：（已知：0.1mol/L Fe（NO₃） ₃的pH=2）

实验	操作	现象	结论和解释
2	将SO2通入0.1mol/LFeCl3和BaCl2混合液	产生白色沉淀	Fe3+能氧化H2SO3
3	将SO2通入0.01mol/LHNO3 和 BaCl2混合液	产生白色沉淀	酸性条件NO3-能将H2SO3氧化为SO42-

（5）丙同学认为以上实验只能说明Fe³⁺和酸性条件下NO₃^-均能将H₂SO₃氧化为SO₄^2-，不能说明谁先氧化H₂SO₃，他利用提供的试剂（限选试剂：KSCN溶液，K₃[Fe（CN）₆]溶液，苯酚溶液，硝酸溶液）设计实验方案探究何种微粒先发生反应．请帮助他完成方案（包括操作现象和结论）：取乙同学实验1后装置G中烧杯的上层清液于试管中，往试管中滴加铁氰化钾溶液，若溶液出现蓝色沉淀，则证明是Fe³⁺先氧化H₂SO₃，若溶液没有明显现象，则证明是pH=2的HNO₃先氧化H₂SO₃．
（6）丁同学在实验2过程发现，黄色溶液先变红棕色后慢慢变浅绿色，查阅资料得：Fe³⁺+6SO₂?Fe（SO₂）₆³⁺（红棕色）．请用化学平衡移动原理解释实验2中溶液颜色变化的原因反应2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺（反应①）较Fe³⁺+6SO₂?Fe（SO₂）₆³⁺（反应②）反应缓慢，故先发生反应②，然后发生反应①，但反应①的限度较大，故溶液中c（Fe³⁺）慢慢降低，平衡逆向移动，红棕色逐渐褪去，最终得到浅绿色溶液．

Answer 1

分析 解：（1）反应原理为：Na₂SO₃（固）+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，根据上述原理制备并收集干燥SO₂的实验装置选择A为发生装置，生成二氧化硫中含水蒸气，通过装置E中的浓硫酸干燥二氧化硫气体，通过装置C收集二氧化硫气体，剩余气体不能排放需要通过装置D或F吸收；
（2）D中是吸收多余的二氧化硫气体，应用氢氧化钠溶液；
（3）甲同学用注射器吸取纯净的SO₂并结合装置G进行SO₂的性质实验，若X是Na₂S溶液，则二氧化硫和硫化钠发生氧化还原反应生成硫单质；
（4）乙同学将溶液X换为浓度均为0.1mol/L Fe（NO₃）₃和BaCl₂的混合溶液（已经除去溶解氧），通入少量SO₂后观察到烧杯产生白色沉淀，乙同学认为白色沉淀为BaSO₄，铁离子氧化二氧化硫生成硫酸，结合钡离子生成硫酸钡沉淀，二氧化硫通入硝酸的氯化钡溶液中，稀硝酸氧化二氧化硫为硫酸生成硫酸钡沉淀；
（5）丙同学认为以上实验只能说明Fe³⁺和酸性条件下NO₃^-均能将H₂SO₃氧化为SO₄^2-，不能说明谁先氧化H₂SO₃，他利用提供的试剂（限选试剂：KSCN溶液，K₃[Fe（CN）₆]溶液，苯酚溶液，硝酸溶液）设计实验方案探究何种微粒先发生反应，取乙同学实验1后装置G中烧杯的上层清液于试管中，加入往试管中滴加铁氰化钾溶液，若溶液出现蓝色沉淀，则证明是Fe³⁺先氧化H₂SO₃，若溶液没有明显现象，则证明是pH=2的HNO₃先氧化H₂SO₃；
（6）反应2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺（反应①）较Fe³⁺+6SO₂?Fe（SO₂）₆³⁺（反应②）反应缓慢，故先发生反应②，然后发生反应①，但反应①的限度较大，据此分析．

解答 解：（1）反应原理为：Na₂SO₃（固）+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，根据上述原理制备并收集干燥SO₂的实验装置选择A为发生装置，生成二氧化硫中含水蒸气，通过装置E中的浓硫酸干燥二氧化硫气体，通过装置C收集二氧化硫气体，剩余气体不能排放需要通过装置D或F吸收，制备并收集干燥SO₂的实验装置连接顺序为：AECED 或AECD或AECF，
故答案为：AECED 或AECD或AECF；
（2）D装置是吸收多余的二氧化硫气体，D中盛装的试剂为氢氧化钠溶液，
故答案为：NaOH溶液；
（3）甲同学用注射器吸取纯净的SO₂并结合装置G进行SO₂的性质实验，若X是Na₂S溶液，则二氧化硫和硫化钠发生氧化还原反应生成硫单质，反应的化学方程式为：2Na₂S+SO2+2H₂O=3S+4NaOH，表现了二氧化硫的氧化性，反应现象为生成黄色沉淀，
故答案为：氧化性；产生黄色沉淀；
（4）乙同学将溶液X换为浓度均为0.1mol/L Fe（NO₃）₃和BaCl₂的混合溶液（已经除去溶解氧），通入少量SO₂后观察到烧杯产生白色沉淀，乙同学认为白色沉淀为BaSO₄，铁离子氧化二氧化硫生成硫酸，结合钡离子生成硫酸钡沉淀，二氧化硫通入硝酸的氯化钡溶液中，稀硝酸氧化二氧化硫为硫酸生成硫酸钡沉淀；
将SO₂通入0.1mol/L FeCl₃和BaCl₂混合液产生白色沉淀，是Fe³⁺能氧化H₂SO₃ ，将SO₂通入0.01mol/L HNO₃ 和 BaCl₂混合液，产生白色沉淀酸性条件NO₃^-能将H₂SO₃氧化为SO₄^2-，
故答案为：FeCl₃；0.01mol/L HNO₃；
（5）丙同学认为以上实验只能说明Fe³⁺和酸性条件下NO₃^-均能将H₂SO₃氧化为SO₄^2-，不能说明谁先氧化H₂SO₃，他利用提供的试剂（限选试剂：KSCN溶液，K₃[Fe（CN）₆]溶液，苯酚溶液，硝酸溶液）设计实验方案探究何种微粒先发生反应，取乙同学实验1后装置G中烧杯的上层清液于试管中，往试管中滴加铁氰化钾溶液，若溶液出现蓝色沉淀，则证明是Fe³⁺先氧化H₂SO₃，若溶液没有明显现象，则证明是pH=2的HNO₃先氧化H₂SO₃，
故答案为：往试管中滴加铁氰化钾溶液，若溶液出现蓝色沉淀，则证明是Fe³⁺先氧化H₂SO₃，若溶液没有明显现象，则证明是pH=2的HNO₃先氧化H₂SO₃；
（6）丁同学在实验2过程发现，黄色溶液先变红棕色后慢慢变浅绿色，查阅资料得：Fe³⁺+6SO₂?Fe（SO₂）₆³⁺（红棕色）．请用化学平衡移动原理解释实验2中溶液颜色变化的原因是：反应2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺（反应①）较Fe³⁺+6SO₂?Fe（SO₂）₆³⁺（反应②）反应缓慢，故先发生反应②，然后发生反应①，但反应①的限度较大，故溶液中c（Fe³⁺）慢慢降低，平衡逆向移动，红棕色逐渐褪去，最终得到浅绿色溶液，
故答案为：反应2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺（反应①）较Fe³⁺+6SO₂?Fe（SO₂）₆³⁺（反应②）反应缓慢，故先发生反应②，然后发生反应①，但反应①的限度较大，故溶液中c（Fe³⁺）慢慢降低，平衡逆向移动，红棕色逐渐褪去，最终得到浅绿色溶液．

点评 本题考查了化学实验设计、物质性质鉴别、反应现象的分析判断、氧化还原反应的应用等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．