Question

空氣中的SO₂含量和可吸入顆粒的含量（可用g?cm^-3表示）都是重要的空氣質量指標．在工業生產上規定：空氣中二氧化硫的最大允許排放濃度不得超過0.02mg?L^-1．
（1）為測定某地方的空氣中SO₂和可吸入顆粒的含量，甲同學設計了如圖1所示的實驗裝置：

注：氣體流速管是用來測量單位時間內通過氣體的體積的裝置
①應用上述裝置測定空氣中的SO₂含量和可吸入顆粒的含量，除測定氣體流速（單位：cm³?min^-1）外，還需要測定

 

．
②已知：碘單質微溶于水，KI可以增大碘在水中的溶解度．請你協助甲同學完成100mL 5×10^-4mol?L^-1碘溶液的配制：
第一步：準確稱取1.27g碘單質加入燒杯中，

 

．
第二步：

 

．
第三步：從第二步所得溶液中，取出10.00mL溶液于100mL容量瓶中，加水稀釋至刻度線．
（2）乙同學擬用如圖1簡易裝置測定空氣中的SO₂含量：準確移取50mL 5×10^-4 mol?L^-1的碘溶液，注入如圖所示廣口瓶中，加2～3滴淀粉指示劑，此時溶液呈藍色．在指定的測定地點抽氣，每次抽氣100mL，直到溶液的藍色全部褪盡為止，記錄抽氣次數（n）．
①假設乙同學的測量是準確的，乙同學抽氣的次數至少為

 

次，方可說明該地空氣中的SO₂含量符合排放標準．
②如果乙同學用該方法測量空氣中SO₂的含量時，所測得的數值比實際含量低，請你對其可能的原因（假設溶液配制、稱量或量取及各種讀數均無錯誤）提出兩種合理假設：

 

；

 

．
③丙同學認為：乙同學的實驗方案需要抽氣的次數太多，操作麻煩．與乙討論后，決定將抽氣次數降到100次以下，請你設計合理的改進方案：

 

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Answer 1

分析：（1）測定SO₂含量，除測定氣體流速（單位：cm³?min^-1）外，還需要測定溶液藍色恰好褪去所需的時間，要測可吸入顆粒的含量，可用顆粒吸附劑來吸收，顆粒吸附劑前后質量之差即為可吸入顆粒的質量，則應測定吸收前后顆粒吸附劑、棉花、盛放容器的總質量；準確稱取1.27g碘單質加入燒杯中，同時還應加入少量碘化鉀固體，根據碘的質量和濃度判斷所需容量瓶的容積；
（2）二氧化硫用碘溶液來吸收，方程式為：SO₂+I₂+2H₂O═2HI+H₂SO₄，結合反應的方程式計算，為減少實驗誤差，應減少碘溶液濃度或縮小容器體積．

解答：解：（1）①要測可吸入顆粒的含量，可用顆粒吸附劑來吸收，顆粒吸附劑前后質量之差即為可吸入顆粒的質量，則應測定吸收前后顆粒吸附劑、棉花、盛放容器的總質量，測定SO₂含量，除測定氣體流速（單位：cm³?min^-1）外，還需要測定溶液藍色恰好褪去所需的時間，二氧化硫用碘溶液來吸收，方程式為：SO₂+I₂+2H₂O═2HI+H₂SO₄，故答案為：溶液藍色恰好褪去所需的時間，吸收前后顆粒吸附劑、棉花、盛放容器的總質量；
②由題意可知碘單質微溶于水，KI可以增大碘在水中的溶解度，則準確稱取1.27g碘單質加入燒杯中，同時還應加入少量碘化鉀固體，加適量水攪拌使之完全溶解，
n（I₂）=

1.27g

254g/mol

=0.005mol，
而配制100mL 5×10^-4mol?L^-1碘溶液，
則第二步操作應將第一步所得溶液全部轉入1000 mL的容量瓶中，定容，搖勻，濃度為5×10^-3mol?L^-1，
則從第二步所得溶液中，取出10.00mL溶液于100mL容量瓶中，加水稀釋至刻度線，可得濃度為5×10^-4mol?L^-1碘溶液，
故答案為：同時加入少量碘化鉀固體，加適量水攪拌使之完全溶解；將第一步所得溶液全部轉入1000 mL的容量瓶中，定容，搖勻；
（2）①二氧化硫用碘溶液來吸收，方程式為：SO₂+I₂+2H₂O═2HI+H₂SO₄，為說明該地空氣中的SO₂含量符合排放標準，
設至少抽氣x次，則抽氣x次SO₂的質量為100x×10^-3L×2×10^-5 g?L^-1=（2x×10^-6）g，則根據化學方程式可得出結論．
SO₂～～～～～～～～～～～I₂
64 g　　　　　　　　　　1 mol
2x×10^-6 g　　50×10^-3 L×5×10^-4 mol?L^-1
x=800，
故答案為：800；
②如果乙同學用該方法測量空氣中SO₂的含量時，所測得的數值比實際含量低，可能原因為抽氣速度過快，二氧化硫沒有充分被吸收，或者裝置氣密性較差等原因，
故答案為：抽氣速度過快；裝置氣密性較差；
③決定將抽氣次數降到100次以下，應減少碘溶液濃度或縮小容器體積，可用試管代替，以保證氣體能充分反應，
故答案為：將50 mL 5×10^-4 mol?L^-1的碘溶液的體積減小為5 mL，并將廣口瓶改為試管．

點評：本題考查物質含量測定的實驗設計，側重于學生的分析能力、計算能力和實驗能力的考查，為高考常見題型，注意把握實驗原理，結合方程式計算該題，難度中等．