2012年冬天,我国城市空气污染状况受到人们的强烈关注。在空气质量报告中,SO2的指数是衡量空气质量好坏的重要指标。为了测定空气中的SO2含量,有三位同学分别采用了以下测定方法。
I.氧化还原法:甲同学拟采用下图所示的装置进行实验:
(1)该实验需要80mL5×10-4mol/L的碘溶液,甲同学应称量I2 g(精确到0.001),选择_______mL的容量瓶进行配制。该实验所涉及的氧化还原反应原理为 (用化学方程式表示),该实验原理是利用了SO2的 性。
(2)在甲同学所配碘溶液浓度准确,并且量取药品及实验过程中各种读数均无错误的情况下,利用上述装置所测定的SO2含量仍然比实际含量低,请分析其中可能的原因 .
Ⅱ.重量法:乙同学拟用右图所示简易装置进行实验。实验操作如下:按图安装好仪器,在广口瓶中盛放足量的H2O2水溶液,用规格为20mL的针筒抽气100次,使空气中的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,经过滤、洗涤、干燥等步骤后进行称量,得白色固体0.182mg。
(3)取样处空气中SO2含量为 mg/L(精确到0.001)。
(4)已知,常温下BaSO3的KSP为5.48×10-7饱和亚硫酸溶液中c(SO2-3)=6.3×10-8mol/L。有同学认为以上实验不必用H2O2吸收SO2,直接用0.1mol/L BaCl2溶液来吸收SO2即可产生沉淀,请用以上数据分析这样做是否可行 .
III.仪器法:丙同学直接使用一种SO2浓度智能监测仪测定空气中的SO2含量,这种监测仪是利用电化学原理,根据电池产生电流的强度来准确测量SO2浓度的。该电池总的化学反应原理为:2SO2+O2+2H2O=2H2SO4
(5)请写出该电池负极的电极反应式 。
(12分)(1)0.013g(1分);100(1分) SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI(1分);还原性(1分)
(2)①装置气密性差 ②抽气速度过快 ③SO2易溶于水而装置中的棉花团不干燥 ④部分SO2溶于水后与水中溶解的少量O2反应生成硫酸而损失(其他合理答案亦可)(2分) (3)0.025(2分)
(4)因溶液中c(Ba2+)=0.1mol/L,c(SO32-)≤6.3×10-8mol/L,其离子积c(Ba2+)×c(SO32-)≤6.3×10-9<Ksp(BaSO3)=5.48×10-7,所以直接用0.1mol/LBaCl2溶液来吸收SO2不能产生BaSO4沉淀(2分)
(5)SO2+2H2O-2e-=2SO42-+4H+(2分)
题目分析:(1)由于实验室没有80ml容量瓶,所以需要配制100ml5×10-4mol/L的碘溶液,需要单质碘的质量是0.1L×5×10-4mol/L×254g/mol=0.013g。SO2具有还原性,单质碘具有氧化性,所以二者能发生氧化还原反应,反应的化学方程式是SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI。
(2)所测定的SO2含量仍然比实际含量低,这说明通入的SO2没有完全被碘溶液吸收,因此可能的原因有①装置气密性差;②抽气速度过快;③SO2易溶于水而装置中的棉花团不干燥;④部分SO2溶于水后与水中溶解的少量O2反应生成硫酸而损失(其他合理答案亦可)。
(3)0.182mg白色沉淀是硫酸钡,则根据S原子时候可知,SO2的质量是×64=0.050mg,所以取样处空气中SO2含量为=0.025 mg/L.
(4)由于溶液中c(Ba2+)=0.1mol/L,c(SO32-)≤6.3×10-8mol/L,其离子积c(Ba2+)×c(SO32-)≤6.3×10-9<Ksp(BaSO3)=5.48×10-7,所以直接用0.1mol/LBaCl2溶液来吸收SO2不能产生BaSO4沉淀。
(5)因为原电池中负极失去电子,发生氧化反应。所以根据总的反应式可知,负极是SO2失去电子,被氧化生成硫酸,负极电极反应式是SO2+2H2O-2e-=2SO42-+4H+。