Question

二氧化硫(SO₂)是一种在空间地理、环境科学、地质勘探等领域受到广泛研究的一种气体。

Ⅰ.某研究小组设计了一套制备及检验SO₂部分性质的装置，如图所示：

(1)仪器A的名称____________。

(2)装置乙的作用是为了观察生成SO₂的速率，则装置乙中加入的试剂是____________。

(3)①实验前有同学提出质疑：该装置没有排空气，而空气中的O₂氧化性强于SO₂，因此装置丁中即使有浑浊现象也不能说明是SO₂导致的。请你写出O₂与Na₂S溶液反应的化学反应方程式____________。

②为进一步检验装置丁产生浑浊现象的原因，进行新的实验探究。实验操作及现象见表：

序号	实验操作	实验现象
1	向10 mL 1 mol/L Na2S溶液中通O2	15 min后，溶液才出现浑浊
2	向10 mL 1 mol/L Na2S溶液中通SO2	溶液立即出现黄色浑浊

由实验现象可知：该实验条件下Na₂S溶液出现浑浊现象是SO₂导致的。你认为上表实验1反应较慢的原因可能是____________。

Ⅱ.铁矿石中硫元素的测定可以使用燃烧碘量法，其原理是以氮气为载体，以稀盐酸、淀粉和碘化钾的混合溶液为吸收液，用0.0010 mol·L^-1KIO₃标准溶液进行滴定。检测装置如图所示：

[查阅资料] ①实验进行5min样品中的S元素都可转化为SO₂

②2IO₃^-+5SO₂+4H₂O=8H⁺+5SO₄^2-+I₂

③I₂+SO₂+2H₂O=2I^-+SO₄^2-+4H⁺

④IO₃^-+5I^-+6H⁺=3I₂+3H₂O

(4)工业设定的滴定终点现象是____________。

(5)实验一：不放样品进行实验，5 min后测得消耗标准液体积为V₁

实验二：加入1 g样品再进行实验，5 min后测得消耗标准液体积为V₂

①比较数据发现V₁远远小于V₂，可忽略不计。则设置实验一的目的是___________。

②测得V₂的体积如表：

序号	1	2	3
KIO3标准溶液体积/mL	10.02	9.98	10.00

该份铁矿石样品中硫元素的质量百分含量为____________。

Answer

蒸馏烧瓶 饱和亚硫酸氢钠溶液 O2+2H2O+2Na2S=4NaOH+2S↓ 氧气中水中的溶解度比二氧化硫小 吸收液出现稳定的蓝色 空白实验 0.096%

【解析】

I.在装置A中制取SO2气体，通过乙观察SO2气体产生的速率，经品红溶液检验SO2的漂白性，在装置丁中SO2与Na2S会发生氧化还原反应产生S单质，SO2及反应产生的H2S都是有毒气体，经NaOH溶液尾气处理后排出。

II.根据IO3-能够氧化SO2为SO42-，氧化I-为I2，SO2反应完全后，再滴入的IO3-溶液，I2不再反应，溶液中的I2遇淀粉溶液变为蓝色；要测定物质含量，应该排除杂质的干扰，设计对比实验，为减少实验的偶然性，要进行多次平行实验，取多次实验的平均值，根据反应过程中电子守恒计算铁矿石样品中硫元素的质量分数。

(1)根据图示仪器结构可知：仪器A的名称为蒸馏烧瓶；

(2)装置乙的作用是为了观察生成SO2的速率，为了减少SO2气体在溶液中的溶解，可根据H2SO3是二元弱酸，在溶液中存在电离平衡的性质，在装置乙中加入的试剂为饱和NaHSO3溶液；

(3)①Na2S具有还原性，O2具有氧化性，在溶液中会发生氧化还原反应产生S单质和NaOH，反应的化学方程式为O2+2H2O+2Na2S=4NaOH+2S↓；

②根据O2、SO2气体分别通入到Na2S溶液中产生S单质的时间可知，物质的氧化性：SO2>O2，该实验条件下Na2S溶液出现浑浊现象是SO2导致的。表中实验1反应较慢的原因可能是O2难溶于水，而SO2易溶于水，由于氧气中水中的溶解度比二氧化硫小，导致反应速率较慢；

II. (4)根据方程式可知物质的氧化性：IO3->I2>SO2，向含有SO2、KI和淀粉溶液中滴加KIO3溶液，首先发生②反应，当SO2反应完全后发生反应④，反应产生的I2单质遇淀粉溶液会变为蓝色，且半分钟内溶液蓝色不褪去，就证明滴定达到终点；

(5)①通过比较实验一、实验二的数据，发现V1远远小于V2，可忽略不计V1。设置实验一的目的是空白对比实验，排除干扰因素的存在；

②三次实验数据相差不大，均有效，则平均消耗KIO3标准溶液体积V(KIO3)=mL=10.00 mL，n(KIO3)=c·V=0.0010 mol/L×0.0100 L=1.0×10-5 mol，根据电子守恒及结合②③方程式可知n(SO2)=3n(KIO3)=3.0×10-5 mol，根据S元素守恒可知其中含有S元素的质量为m(S)=n·M=3.0×10-5 mol×32 g/mol=9.6×10-4 g，所以该份铁矿石样品中硫元素的质量百分含量为×100%=0.096%。