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13. (2025·南通期中)为测定某地空气中$\ce{SO_{2}}$和可吸入颗粒的含量,某同学设计了如图所示的装置:
注:①上述实验中测定$\ce{SO_{2}}$的原理为$\ce{SO_{2} + I_{2} + 2H_{2}O\xlongequal{}H_{2}SO_{4} + 2HI}$。淀粉遇$\ce{I_{2}}$显蓝色。
②气体流速管是用来测量单位时间内通过气体体积的装置;颗粒吸附剂用于吸附可吸入颗粒。
已知空气中二氧化硫的最大允许排放浓度不得超过$0.02\ \mathrm{mg}· \mathrm{L}^{-1}$,在指定的地点取样,以$200\ \mathrm{mL}· \mathrm{s}^{-1}$气体流速通过气体流速管通入如图实验装置中,观察记录碘溶液褪色所需时间为$500\ \mathrm{s}$。
(1)应用上述装置测定空气中$\ce{SO_{2}}$和可吸入颗粒的含量,除需测定气体流速(单位:$\mathrm{mL}· \mathrm{s}^{-1}$)外,还需要测定碘溶液蓝色褪去所需的时间和
(2)计算该地空气中$\ce{SO_{2}}$的含量并判断是否符合排放标准。(写出详细计算过程)
(3)如果甲同学用该方法测量空气中$\ce{SO_{2}}$的含量时,所测得的数值比实际含量低,其原因可能是
注:①上述实验中测定$\ce{SO_{2}}$的原理为$\ce{SO_{2} + I_{2} + 2H_{2}O\xlongequal{}H_{2}SO_{4} + 2HI}$。淀粉遇$\ce{I_{2}}$显蓝色。
②气体流速管是用来测量单位时间内通过气体体积的装置;颗粒吸附剂用于吸附可吸入颗粒。
已知空气中二氧化硫的最大允许排放浓度不得超过$0.02\ \mathrm{mg}· \mathrm{L}^{-1}$,在指定的地点取样,以$200\ \mathrm{mL}· \mathrm{s}^{-1}$气体流速通过气体流速管通入如图实验装置中,观察记录碘溶液褪色所需时间为$500\ \mathrm{s}$。
(1)应用上述装置测定空气中$\ce{SO_{2}}$和可吸入颗粒的含量,除需测定气体流速(单位:$\mathrm{mL}· \mathrm{s}^{-1}$)外,还需要测定碘溶液蓝色褪去所需的时间和
反应前后装置A的质量
。(2)计算该地空气中$\ce{SO_{2}}$的含量并判断是否符合排放标准。(写出详细计算过程)
(3)如果甲同学用该方法测量空气中$\ce{SO_{2}}$的含量时,所测得的数值比实际含量低,其原因可能是
气体流速过快,吸收不完全(合理即可)
(写出一种即可)。答案
反应前后装置A的质量
解：设该地空气中二氧化硫的质量为x。
$ \ce{SO_{2} + I_{2} + 2H_{2}O\xlongequal{}H_{2}SO_{4} + 2HI}$
64 254
x 6.35mg
$ \dfrac{64}{254}=\dfrac{x}{6.35\ \mathrm{mg}}$
解得$x=1.6\ \mathrm{mg}$
通入空气的体积为$200\ \mathrm{mL·s^{-1}} × 500\ \mathrm{s}=100000\ \mathrm{mL}=100\ \mathrm{L}$
空气中$\ce{SO_{2}}$的含量为$\dfrac{1.6\ \mathrm{mg}}{100\ \mathrm{L}}=0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}}$
$ 0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}} < 0.02\ \mathrm{mg·L^{-1}}$，符合排放标准。
答：该地空气中$\ce{SO_{2}}$的含量为$0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}}$，符合排放标准。
气体流速过快，吸收不完全
(合理即可)
解：设该地空气中二氧化硫的质量为x。
$ \ce{SO_{2} + I_{2} + 2H_{2}O\xlongequal{}H_{2}SO_{4} + 2HI}$
64 254
x 6.35mg
$ \dfrac{64}{254}=\dfrac{x}{6.35\ \mathrm{mg}}$
解得$x=1.6\ \mathrm{mg}$
通入空气的体积为$200\ \mathrm{mL·s^{-1}} × 500\ \mathrm{s}=100000\ \mathrm{mL}=100\ \mathrm{L}$
空气中$\ce{SO_{2}}$的含量为$\dfrac{1.6\ \mathrm{mg}}{100\ \mathrm{L}}=0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}}$
$ 0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}} < 0.02\ \mathrm{mg·L^{-1}}$，符合排放标准。
答：该地空气中$\ce{SO_{2}}$的含量为$0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}}$，符合排放标准。
气体流速过快，吸收不完全
(合理即可)
解析
【分析】
本题是测定空气中$\ce{SO_{2}}$和可吸入颗粒含量的实验题，需结合实验装置原理、化学方程式计算及误差分析解题：
（1）要测定可吸入颗粒含量，装置A用于吸附可吸入颗粒，需通过反应前后装置A的质量差得到颗粒质量；
（2）利用$\ce{SO_{2}}$与$\ce{I_{2}}$的反应，根据已知$\ce{I_{2}}$的质量计算$\ce{SO_{2}}$的质量，再结合通入空气的体积计算$\ce{SO_{2}}$浓度，与排放标准对比；
（3）测得$\ce{SO_{2}}$含量偏低，需从$\ce{SO_{2}}$未完全被吸收、装置漏气等角度分析原因。
【解析】
（1）装置A用于吸附可吸入颗粒，要得到可吸入颗粒的质量，需测定反应前后装置A的质量，故答案为反应前后装置A的质量；
（2）设该地空气中$\ce{SO_{2}}$的质量为$x$。
$\ce{SO_{2} + I_{2} + 2H_{2}O\xlongequal{}H_{2}SO_{4} + 2HI}$
$64\ \ \ \ \ \ 254$
$x\ \ \ \ \ 6.35\ \mathrm{mg}$
$\dfrac{64}{254}=\dfrac{x}{6.35\ \mathrm{mg}}$，解得$x=1.6\ \mathrm{mg}$。
通入空气的体积：$200\ \mathrm{mL·s^{-1}} × 500\ \mathrm{s}=100000\ \mathrm{mL}=100\ \mathrm{L}$。
空气中$\ce{SO_{2}}$的含量：$\dfrac{1.6\ \mathrm{mg}}{100\ \mathrm{L}}=0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}}$。
因为$0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}} ＜ 0.02\ \mathrm{mg·L^{-1}}$，所以符合排放标准；
（3）测得数值偏低，可能是气体流速过快，$\ce{SO_{2}}$未完全被碘溶液吸收，或装置漏气导致部分$\ce{SO_{2}}$逸出等，合理即可。
【答案】
（1）反应前后装置A的质量；（2）该地空气中$\ce{SO_{2}}$的含量为$0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}}$，符合排放标准；（3）气体流速过快，$\ce{SO_{2}}$未完全被吸收（合理即可）
【知识点】
化学方程式计算、空气中污染物测定、实验误差分析
【点评】
本题结合实验装置考查化学计算与实验分析，需理解实验原理，掌握根据化学方程式的计算方法，同时能分析实验误差原因，是中等难度的综合题。
【难度系数】
0.5
本题是测定空气中$\ce{SO_{2}}$和可吸入颗粒含量的实验题，需结合实验装置原理、化学方程式计算及误差分析解题：
（1）要测定可吸入颗粒含量，装置A用于吸附可吸入颗粒，需通过反应前后装置A的质量差得到颗粒质量；
（2）利用$\ce{SO_{2}}$与$\ce{I_{2}}$的反应，根据已知$\ce{I_{2}}$的质量计算$\ce{SO_{2}}$的质量，再结合通入空气的体积计算$\ce{SO_{2}}$浓度，与排放标准对比；
（3）测得$\ce{SO_{2}}$含量偏低，需从$\ce{SO_{2}}$未完全被吸收、装置漏气等角度分析原因。
【解析】
（1）装置A用于吸附可吸入颗粒，要得到可吸入颗粒的质量，需测定反应前后装置A的质量，故答案为反应前后装置A的质量；
（2）设该地空气中$\ce{SO_{2}}$的质量为$x$。
$\ce{SO_{2} + I_{2} + 2H_{2}O\xlongequal{}H_{2}SO_{4} + 2HI}$
$64\ \ \ \ \ \ 254$
$x\ \ \ \ \ 6.35\ \mathrm{mg}$
$\dfrac{64}{254}=\dfrac{x}{6.35\ \mathrm{mg}}$，解得$x=1.6\ \mathrm{mg}$。
通入空气的体积：$200\ \mathrm{mL·s^{-1}} × 500\ \mathrm{s}=100000\ \mathrm{mL}=100\ \mathrm{L}$。
空气中$\ce{SO_{2}}$的含量：$\dfrac{1.6\ \mathrm{mg}}{100\ \mathrm{L}}=0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}}$。
因为$0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}} ＜ 0.02\ \mathrm{mg·L^{-1}}$，所以符合排放标准；
（3）测得数值偏低，可能是气体流速过快，$\ce{SO_{2}}$未完全被碘溶液吸收，或装置漏气导致部分$\ce{SO_{2}}$逸出等，合理即可。
【答案】
（1）反应前后装置A的质量；（2）该地空气中$\ce{SO_{2}}$的含量为$0.016\ \mathrm{mg·L^{-1}}$，符合排放标准；（3）气体流速过快，$\ce{SO_{2}}$未完全被吸收（合理即可）
【知识点】
化学方程式计算、空气中污染物测定、实验误差分析
【点评】
本题结合实验装置考查化学计算与实验分析，需理解实验原理，掌握根据化学方程式的计算方法，同时能分析实验误差原因，是中等难度的综合题。
【难度系数】
0.5
14. 一黑紫色的固体为 $\ce{KMnO_{4}}$ 和 $\ce{MnO_{2}}$ 的混合物,为测定混合物中 $\ce{KMnO_{4}}$ 的质量分数,某同学取样 20.0 g,对固体充分加热,测得固体质量随反应时间变化的曲线如图。
(1)生成氧气的总质量为
(2)求样品中 $\ce{KMnO_{4}}$ 的质量分数(写出计算过程)。
(3)请画出在实验过程中 $\ce{MnO_{2}}$ 的质量随时间变化的坐标图。
(1)生成氧气的总质量为
1.6
g(精确到小数点后一位)。(2)求样品中 $\ce{KMnO_{4}}$ 的质量分数(写出计算过程)。
(3)请画出在实验过程中 $\ce{MnO_{2}}$ 的质量随时间变化的坐标图。
答案
1.6
解：设样品中高锰酸钾的质量为x。
$ 2\ce{KMnO_{4}}\xlongequal{\Delta}\ce{K_{2}MnO_{4}}+\ce{MnO_{2}}+\ce{O_{2}}\uparrow$
316 32
x 1.6g
$ \dfrac{316}{32}=\dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$
解得：$x=15.8\ \mathrm{g}$
样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为
$\dfrac{15.8\ \mathrm{g}}{20.0\ \mathrm{g}}×100\%=79\%$
答：样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为79%。
解析
【分析】
首先根据质量守恒定律，反应前后固体质量的差值为生成氧气的质量，这是解题的核心切入点；再利用高锰酸钾分解的化学方程式，结合氧气质量计算样品中高锰酸钾的质量，进而求出其质量分数；对于MnO₂的质量变化，需考虑原混合物中的MnO₂和反应生成的MnO₂，反应过程中MnO₂质量随反应进行增加，反应结束后质量不变。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，生成氧气的总质量 = 反应前固体总质量 - 反应后剩余固体质量 = 20.0g - 18.4g = 1.6g。
(2) 设样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量为$x$，写出高锰酸钾分解的化学方程式：
$2\ce{KMnO_{4}}\xlongequal{\Delta}\ce{K_{2}MnO_{4}}+\ce{MnO_{2}}+\ce{O_{2}}\uparrow$
各物质的相对质量关系：$\frac{316}{32}=\frac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$
解得：$x=\frac{316×1.6\ \mathrm{g}}{32}=15.8\ \mathrm{g}$
样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数 = $\frac{15.8\ \mathrm{g}}{20.0\ \mathrm{g}}×100\%=79\%$
(3) 原混合物中$\ce{MnO_{2}}$的质量 = 20.0g - 15.8g = 4.2g；根据化学方程式，15.8g $\ce{KMnO_{4}}$反应生成$\ce{MnO_{2}}$的质量为$\frac{87}{316}×15.8\ \mathrm{g}=4.35\ \mathrm{g}$，反应后总$\ce{MnO_{2}}$质量 = 4.2g + 4.35g = 8.55g，因此$\ce{MnO_{2}}$质量随时间变化：初始为4.2g，随反应进行线性增加，反应结束后保持8.55g不变，对应图像如参考答案所示。
【答案】
1.6
解：设样品中高锰酸钾的质量为$x$。
$2\ce{KMnO_{4}}\xlongequal{\Delta}\ce{K_{2}MnO_{4}}+\ce{MnO_{2}}+\ce{O_{2}}\uparrow$
$\frac{316}{32}=\frac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$
解得：$x=15.8\ \mathrm{g}$
样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为$\frac{15.8\ \mathrm{g}}{20.0\ \mathrm{g}}×100\%=79\%$
答：样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为79%。
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、混合物质量分数
【点评】
本题结合图像考查化学计算，关键是利用质量守恒定律确定氧气质量，再通过化学方程式计算高锰酸钾质量，同时需理解MnO₂质量的变化规律，是一道综合性适中的化学计算题。
【难度系数】
0.5
首先根据质量守恒定律，反应前后固体质量的差值为生成氧气的质量，这是解题的核心切入点；再利用高锰酸钾分解的化学方程式，结合氧气质量计算样品中高锰酸钾的质量，进而求出其质量分数；对于MnO₂的质量变化，需考虑原混合物中的MnO₂和反应生成的MnO₂，反应过程中MnO₂质量随反应进行增加，反应结束后质量不变。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，生成氧气的总质量 = 反应前固体总质量 - 反应后剩余固体质量 = 20.0g - 18.4g = 1.6g。
(2) 设样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量为$x$，写出高锰酸钾分解的化学方程式：
$2\ce{KMnO_{4}}\xlongequal{\Delta}\ce{K_{2}MnO_{4}}+\ce{MnO_{2}}+\ce{O_{2}}\uparrow$
各物质的相对质量关系：$\frac{316}{32}=\frac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$
解得：$x=\frac{316×1.6\ \mathrm{g}}{32}=15.8\ \mathrm{g}$
样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数 = $\frac{15.8\ \mathrm{g}}{20.0\ \mathrm{g}}×100\%=79\%$
(3) 原混合物中$\ce{MnO_{2}}$的质量 = 20.0g - 15.8g = 4.2g；根据化学方程式，15.8g $\ce{KMnO_{4}}$反应生成$\ce{MnO_{2}}$的质量为$\frac{87}{316}×15.8\ \mathrm{g}=4.35\ \mathrm{g}$，反应后总$\ce{MnO_{2}}$质量 = 4.2g + 4.35g = 8.55g，因此$\ce{MnO_{2}}$质量随时间变化：初始为4.2g，随反应进行线性增加，反应结束后保持8.55g不变，对应图像如参考答案所示。
【答案】
1.6
解：设样品中高锰酸钾的质量为$x$。
$2\ce{KMnO_{4}}\xlongequal{\Delta}\ce{K_{2}MnO_{4}}+\ce{MnO_{2}}+\ce{O_{2}}\uparrow$
$\frac{316}{32}=\frac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$
解得：$x=15.8\ \mathrm{g}$
样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为$\frac{15.8\ \mathrm{g}}{20.0\ \mathrm{g}}×100\%=79\%$
答：样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为79%。
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、混合物质量分数
【点评】
本题结合图像考查化学计算，关键是利用质量守恒定律确定氧气质量，再通过化学方程式计算高锰酸钾质量，同时需理解MnO₂质量的变化规律，是一道综合性适中的化学计算题。
【难度系数】
0.5
