Question

2012年冬天，我國城市空氣污染狀況受到人們的強烈關注。在空氣質量報告中，SO₂的指數是衡量空氣質量好壞的重要指標。為了測定空氣中的SO₂含量，有三位同學分別采用了以下測定方法。
I．氧化還原法：甲同學擬采用下圖所示的裝置進行實驗：

（1）該實驗需要80mL5×10^-4mol／L的碘溶液，甲同學應稱量I₂    g（精確到0.001），選擇_______mL的容量瓶進行配制。該實驗所涉及的氧化還原反應原理為       （用化學方程式表示），該實驗原理是利用了SO₂的     性。
（2）在甲同學所配碘溶液濃度準確，并且量取藥品及實驗過程中各種讀數均無錯誤的情況下，利用上述裝置所測定的SO₂含量仍然比實際含量低，請分析其中可能的原因            .
Ⅱ．重量法：乙同學擬用右圖所示簡易裝置進行實驗。實驗操作如下：按圖安裝好儀器，在廣口瓶中盛放足量的H₂O₂水溶液，用規格為20mL的針筒抽氣100次，使空氣中的SO₂被H₂O₂水溶液充分吸收（SO₂+H₂O₂＝H₂SO₄）。在吸收后的水溶液中加入足量的BaCl₂溶液，生成白色沉淀，經過濾、洗滌、干燥等步驟后進行稱量，得白色固體0.182mg。
（3）取樣處空氣中SO₂含量為      mg/L（精確到0.001）。
（4）已知，常溫下BaSO₃的K_SP為5.48×10^-7飽和亞硫酸溶液中c（SO^2-₃）=6．3×10^-8mol/L。有同學認為以上實驗不必用H­₂O₂吸收SO₂，直接用0．1mol／L BaCl₂溶液來吸收SO₂即可產生沉淀，請用以上數據分析這樣做是否可行                          .
III．儀器法：丙同學直接使用一種SO₂濃度智能監測儀測定空氣中的SO₂含量，這種監測儀是利用電化學原理，根據電池產生電流的強度來準確測量SO₂濃度的。該電池總的化學反應原理為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄
（5）請寫出該電池負極的電極反應式                               。

Answer 1

（12分）（1）0.013g（1分）；100（1分） SO₂＋I₂＋2H₂O=H₂SO₄＋2HI（1分）；還原性（1分）
（2）①裝置氣密性差 ②抽氣速度過快 ③SO₂易溶于水而裝置中的棉花團不干燥 ④部分SO₂溶于水后與水中溶解的少量O₂反應生成硫酸而損失（其他合理答案亦可）（2分） （3）0.025（2分）
（4）因溶液中c(Ba^2＋)＝0.1mol/L，c(SO₃^2－)≤6.3×10^－8mol/L，其離子積c(Ba^2＋)×c(SO₃^2－)≤6.3×10^－9＜Ksp(BaSO₃)＝5.48×10^－7，所以直接用0.1mol/LBaCl₂溶液來吸收SO₂不能產生BaSO₄沉淀（2分）
（5）SO₂＋2H₂O－2e^－＝2SO₄^2－＋4H^＋(2分)

試題分析：（1）由于實驗室沒有80ml容量瓶，所以需要配制100ml5×10^-4mol／L的碘溶液，需要單質碘的質量是0.1L×5×10^-4mol／L×254g/mol＝0.013g。SO₂具有還原性，單質碘具有氧化性，所以二者能發生氧化還原反應，反應的化學方程式是SO₂＋I₂＋2H₂O=H₂SO₄＋2HI。
（2）所測定的SO₂含量仍然比實際含量低，這說明通入的SO₂沒有完全被碘溶液吸收，因此可能的原因有①裝置氣密性差；②抽氣速度過快；③SO₂易溶于水而裝置中的棉花團不干燥；④部分SO₂溶于水后與水中溶解的少量O₂反應生成硫酸而損失（其他合理答案亦可）。
（3）0.182mg白色沉淀是硫酸鋇，則根據S原子時候可知，SO₂的質量是×64＝0.050mg，所以取樣處空氣中SO₂含量為＝0.025 mg/L.
（4）由于溶液中c(Ba^2＋)＝0.1mol/L，c(SO₃^2－)≤6.3×10^－8mol/L，其離子積c(Ba^2＋)×c(SO₃^2－)≤6.3×10^－9＜Ksp(BaSO₃)＝5.48×10^－7，所以直接用0.1mol/LBaCl₂溶液來吸收SO₂不能產生BaSO₄沉淀。
（5）因為原電池中負極失去電子，發生氧化反應。所以根據總的反應式可知，負極是SO₂失去電子，被氧化生成硫酸，負極電極反應式是SO₂＋2H₂O－2e^－＝2SO₄^2－＋4H^＋。