Question

【題目】硫酸是一種重要的化工原料，也是實驗室中常用的化學試劑。某興趣小組對硫酸的性質、制取、用途等方面的探究，請你共同參與并回答有關問題。

（探究一）硫酸的性質

（1）如圖1將足量的稀硫酸分別加入A～E五只燒杯中。無現象的是_____________（填序號）。

（2）燒杯C中的現象是紅色褪去，反應后溶液中溶質是什么呢？（無色酚酞不考慮）

（猜想）猜想一：只有Na2SO4 ； 猜想二：有_________________；

（3）為了驗證猜想，小組同學取燒杯中的溶液，并選用老師提供的pH試紙、BaC12溶液、Na2CO3溶液，分別進行如下三組探究實驗。

實驗方案	測溶液pH	滴加Na2CO3溶液	滴加BaCl2溶液
實驗操作
實驗現象	試紙變色，比照比色卡，pH＜7	____________	產生白色沉淀
實驗結論	溶液中有H2SO4	溶液中有H2SO4	溶液中有H2SO4

（得出結論）通過探究，小組同學一致確定猜想二是正確的。

（評價反思）老師指出上述三個實驗探究中存在兩處明顯錯誤，請大家反思。同學們經過反思發現了這兩處錯誤：

①實驗操作中明顯的一處錯誤是_________________________________________；

②實驗探究方案中也有一個是不合理的，不合理的原因是____________________________。

（探究二）硫酸的工業制法

工業上以黃鐵礦（主要成分是FeS2）為原料生產硫酸的工藝流程如圖所示，其中沸騰爐內發生的主

要反應是：

（1）接觸室中發生的化學方程式為_________________________________________。

（2）接觸室中的SO2平衡轉化率與溫度及壓強的關系如下圖所示，催化劑活性與溫度的關系如圖所示。在實際生產中，SO2催化氧化反應的條件選擇常壓和450℃（對應圖中A點），而沒有選擇SO2轉化率更高的C點對應的反應條件，其原因是___________________________________。

（探究三）探究某黃鐵礦中FeS2的含量。

（查閱資料）

（實驗探究）Ⅰ稱取1.60g黃鐵礦樣品放入如圖所示裝置（夾持裝置省略）的石英管中，從a處不斷地緩緩通入空氣、高溫灼燒石英管中的黃鐵礦樣品至完全反應（同工業上沸騰爐內的反應）。

Ⅱ反應結束后，將乙瓶中的溶液進行如下圖處理。

（問題討論）I中裝置甲瓶內盛放的試劑是氫氧化鈉溶液，其作用是_____________________。

（含量測定）計算該黃鐵礦中FeS2的質量分數為_______________。（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】A Na2SO4和H2SO4 產生氣泡 pH試紙直接伸入了待測液 硫酸與氫氧化鈉反應的生成物Na2SO4也會與氯化鋇生成白色沉淀 C點對應的溫度低，催化劑活性低，反應速率也慢 收空氣中的二氧化碳，防止干擾實驗 75%

【解析】

探究一：硫酸的性質

（1）如圖1所示將足量的稀硫酸分別加入A～E五只燒杯中。A燒杯中無明顯現象，因為銅的活動性順序位于金屬活動性順序表氫之后，與稀硫酸不反應；B燒杯中鎂條表面產生氣泡，因為鎂活動性順序位于金屬活動性順序表氫之前，與稀硫酸反應生成硫酸鎂和氫氣；C燒杯滴有酚酞的氫氧化鈉溶液為紅色，加入稀硫酸，硫酸與氫氧化鈉反應生成硫酸鈉和水，硫酸鈉溶液呈中性，溶液會由紅色變為無色；D燒杯中碳酸氫鈉與稀硫酸反應生成硫酸鈉、二氧化碳和水，產生氣泡；E燒杯中氧化鐵與稀硫酸反應生成硫酸鐵和水，紅色固體消失，溶液變為黃色；綜上所述無現象的是A。

（2）燒杯C中硫酸與氫氧化鈉反應生成硫酸鈉和水，硫酸鈉溶液呈中性，硫酸溶液為酸性，均不會使酚酞試劑變色，由題意實驗的現象是紅色褪去，則可能硫酸與氫氧化鈉恰好完全反應，也有可能硫酸過量，因此在不考慮酚酞的情況下，反應后溶液中溶質可能有兩種情況：①只有硫酸鈉；②硫酸鈉和硫酸。則猜想二為：有Na2SO4和H2SO4

（3）由題意得出的結論為猜想二是正確的，即反應后的溶液中有硫酸鈉和硫酸，表格所示的第二個實驗方案中向反應后的溶液中滴加Na2CO3溶液，硫酸鈉與碳酸鈉不會反應，碳酸鈉與硫酸反應生成硫酸鈉、二氧化碳和水，因此實驗現象是產生氣泡；

評價反思：

根據表格中所示三個試驗方案可知，三個實驗探究中存在兩處明顯錯誤

①測定溶液的pH值時，應該將pH試紙放在表面皿或玻璃片上，再用玻璃棒蘸取待測液點在pH試紙上，待變色之后與標準試紙進行比較，因此實驗操作中明顯的一處錯誤是第一個實驗方案，將pH試紙直接伸入了待測液的操作錯誤；

②由于反應后的溶液中既含有硫酸鈉又含有硫酸，硫酸鈉與氯化鋇反應生成硫酸鋇白色沉淀和氯化鈉，硫酸與氯化鋇反應生成硫酸鋇白色沉淀和氯化氫，因此不能通過滴加BaCl2溶液來判斷溶液中是否含有硫酸，因此實驗探究的第三個方案中是不合理的，不合理的原因是硫酸與氫氧化鈉反應的生成物Na2SO4也會與氯化鋇生成白色沉淀。

探究二：硫酸的工業制法

（1）根據工藝流程圖可知接觸室中二氧化硫和氧氣在催化劑的作用下反應生成三氧化硫，反應的化學方程式為。

（2）根據SO2平衡轉化率與溫度及壓強的關系圖和催化劑活性與溫度的關系圖可知在實際生產中，SO2催化氧化反應的條件選擇常壓和450℃（對應圖中A點），而沒有選擇SO2轉化率更高的C點對應的反應條件，其原因是C點溫度低，催化劑的活性低，反應速率慢。

探究三：探究某黃鐵礦中FeS2的含量。

問題討論：實驗探究Ⅰ，如圖所示在石英管中黃鐵礦樣品與空氣中的氧氣在高溫下反應生成二氧化硫，從a處不斷地緩緩通入空氣，提供氧氣參與反應，同時通過氣流導出生成的二氧化硫，乙裝置過量的氫氧化鈉溶液可以吸收生成的二氧化硫，氫氧化鈉和二氧化硫反應生成亞硫酸鈉和水；由于空氣中存在二氧化碳，二氧化碳與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉和水，若不除去空氣中的二氧化碳，乙裝置中會產生碳酸鈉的雜質，因此I中裝置甲瓶內盛放的試劑是氫氧化鈉溶液，其作用是收空氣中的二氧化碳，防止干擾實驗。

Ⅱ、如流程圖所示乙瓶中的亞硫酸鈉加入雙氧水，亞硫酸鈉與過氧化氫反應生成硫酸鈉和水，再加入過量的氯化鋇溶液，硫酸鈉和氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀和氯化鈉，過濾后最終得到的4.66g固體即為硫酸鋇。 根據反應過程、、、 可知黃鐵礦中的硫元素最終全部轉到硫酸鋇中，根據硫元素守恒可知黃鐵礦中的硫元素的質量為

則黃鐵礦中FeS2的質量為

則黃鐵礦中FeS2的質量分數為

答：黃鐵礦中FeS2的質量分數為75%。