Question

1．为了探究三种气态氧化物（SO₂、NO₂、CO₂）的性质，某同学设计了一组实验：
实验一：探究三种气体在水中的溶解性，用三支相同的试管收集满三种气体，倒置在盛满水的烧杯中，一段时间后，观察到的试管中液面高度如图A、B、C所示．
（1）在相同条件下，三种气体在水中溶解度最大的是NO₂，写出A烧杯中发生反应的化学方程式：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO．
实验二：用三只集气瓶收集满二氧化硫、二氧化氮气体，然后将其倒置在水槽中．分别缓慢通入适量O₂或Cl₂，如图D、E、F所示．一段时间后，D、E装置的集气瓶中充满溶液，F装置的集气瓶中还有气体剩余．

（2）实验二中装置D的集气瓶最终充满溶液（假设瓶内液体不扩散）：
①写出装置D中总反应的化学方程式：4NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃，
②假设该实验条件下，气体摩尔体积为a L/mol，则装置D的集气瓶中所得溶液溶质的物质的量浓度为$\frac{1}{a}$mol/L
（3）实验前在F装置的水槽里滴加几滴紫色石蕊试液，观察到的现象是紫色石蕊试液变红，通入氧气后，可能观察到的实验现象是溶液颜色加深，写出反应的化学方程式：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄
（4）写出E装置的溶液充满集气瓶时，有关反应的离子方程式SO₂+Cl₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+Cl^-．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫、二氧化碳的溶解度不大，而二氧化氮水发生氧化还原反应，其溶解度最大；三种气体溶于水得到的溶液均为酸溶液；
（2）①D中二氧化氮、水、氧气反应生成硝酸；
②水会充满集气瓶，结合c=$\frac{n}{V}$计算；
（3）F装置中二氧化硫与水反应生成亚硫酸，溶液显酸性，再通入氧气，发生2SO₂+O₂+2H₂O=H₂SO₄，酸性增强；
（4）E装置发生SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl．

解答 解：（1）二氧化硫、二氧化碳的溶解度不大，而二氧化氮水发生氧化还原反应，反应为3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO，其溶解度最大；三种气体溶于水得到的溶液均为酸溶液，分别滴几滴紫色石蕊试液，可观察到的现象溶液都变红色，
故答案为：NO₂；3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；
（2）①D中二氧化氮、水、氧气反应生成硝酸，反应为4NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃，
故答案为：4NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃；
②水会充满集气瓶，设集气瓶体积为VL，最后溶液的体积为VL，由4NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃知，n（NO₂）=n（HNO₃），则所得溶液溶质的物质的量浓度为c=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{VL}{aL/mol}}{VL}$=$\frac{1}{a}$mol/L，
故答案为：$\frac{1}{a}$mol/L；
（3）F装置中二氧化硫与水反应生成亚硫酸，溶液显酸性，滴加几滴紫色石蕊试液，观察到的现象是紫色溶液变红，再通入氧气，发生2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，酸性增强，红色由浅变深．
故答案为：紫色石蕊试液变红；2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；
（4）E装置发生SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl，离子反应为SO₂+Cl₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+Cl^-，故答案为：SO₂+Cl₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+Cl^-．

点评 本题考查性质实验方案的设计，为高频考点，把握物质的性质及实验设计中发生的反应为解答的关键，侧重分析能力与实验能力的综合考查，题目难度中等．