登录
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$0.02\ \mathrm{mg· L^{-1}}$,在指定的地点取样,以$200\ \mathrm{mL· s^{-1}}$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:$\mathrm{mL· s^{-1}}$)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$0.02\ \mathrm{mg· L^{-1}}$,在指定的地点取样,以$200\ \mathrm{mL· s^{-1}}$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:$\mathrm{mL· s^{-1}}$)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
(1)反应前后装置A的质量
(2)解:设该地空气中二氧化硫的质量为$x$。
$\ce{SO_{2} +I_{2} +2H_{2}O=\!=\!=H_{2}SO_{4} +2HI}$
64 254
$x$ 6.35 mg
$\dfrac{64}{254}=\dfrac{x}{6.35\ \mathrm{mg}}\ \ x=1.6\ \mathrm{mg}$
空气的体积为$200\ \mathrm{mL· s^{-1}}×500\ \mathrm{s}=100\ 000\ \mathrm{mL}=100\ \mathrm{L}$,则空气中$\ce{SO_{2}}$的含量为$\dfrac{1.6\ \mathrm{mg}}{100\ \mathrm{L}} = 0.016\ \mathrm{mg· L^{-1}} ＜0.02\ \mathrm{mg· L^{-1}}$,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。
(3)气体流速过快,吸收不完全(合理即可)
解析:(1)应用题图装置测定空气中$\ce{SO_{2}}$和可吸入颗粒的含量,除需测定气体流速(单位:$\mathrm{mL· s^{-1}}$)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。(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,或未充分反应,或装置气密性较差(合理即可)。
(2)解:设该地空气中二氧化硫的质量为$x$。
$\ce{SO_{2} +I_{2} +2H_{2}O=\!=\!=H_{2}SO_{4} +2HI}$
64 254
$x$ 6.35 mg
$\dfrac{64}{254}=\dfrac{x}{6.35\ \mathrm{mg}}\ \ x=1.6\ \mathrm{mg}$
空气的体积为$200\ \mathrm{mL· s^{-1}}×500\ \mathrm{s}=100\ 000\ \mathrm{mL}=100\ \mathrm{L}$,则空气中$\ce{SO_{2}}$的含量为$\dfrac{1.6\ \mathrm{mg}}{100\ \mathrm{L}} = 0.016\ \mathrm{mg· L^{-1}} ＜0.02\ \mathrm{mg· L^{-1}}$,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。
(3)气体流速过快,吸收不完全(合理即可)
解析:(1)应用题图装置测定空气中$\ce{SO_{2}}$和可吸入颗粒的含量,除需测定气体流速(单位:$\mathrm{mL· s^{-1}}$)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。(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,或未充分反应,或装置气密性较差(合理即可)。
解析
【分析】
首先，测定可吸入颗粒的含量需利用装置A中颗粒吸附剂的吸附作用，因此需要测量装置A反应前后的质量以得到颗粒质量；测定SO₂含量时，根据SO₂与I₂反应的化学方程式，结合已知I₂的质量计算SO₂质量，再通过气体流速和时间算出空气体积，进而得到SO₂浓度并与标准对比；分析测量值偏低的原因时，需考虑SO₂未完全被吸收的情况。
【解析】
(1) 装置A的颗粒吸附剂用于吸附可吸入颗粒，因此除气体流速、碘溶液褪色时间外，还需测定反应前后装置A的质量，通过质量差得到可吸入颗粒的质量。
(2) 设参加反应的SO₂质量为$x$，根据反应$\ce{SO_{2} +I_{2} +2H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}SO_{4} +2HI}$：
$\dfrac{64}{254}=\dfrac{x}{6.35\ \mathrm{mg}}$
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$0.016\ \mathrm{mg· L^{-1}}＜0.02\ \mathrm{mg· L^{-1}}$，故符合排放标准。
(3) 若测得SO₂含量偏低，可能是气体流速过快，导致SO₂未完全被碘溶液吸收，或反应不充分，或装置气密性差等（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，吸收不完全（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计算的方法，同时能分析实验误差，难度适中，适合巩固相关知识点。
【难度系数】
0.6
首先，测定可吸入颗粒的含量需利用装置A中颗粒吸附剂的吸附作用，因此需要测量装置A反应前后的质量以得到颗粒质量；测定SO₂含量时，根据SO₂与I₂反应的化学方程式，结合已知I₂的质量计算SO₂质量，再通过气体流速和时间算出空气体积，进而得到SO₂浓度并与标准对比；分析测量值偏低的原因时，需考虑SO₂未完全被吸收的情况。
【解析】
(1) 装置A的颗粒吸附剂用于吸附可吸入颗粒，因此除气体流速、碘溶液褪色时间外，还需测定反应前后装置A的质量，通过质量差得到可吸入颗粒的质量。
(2) 设参加反应的SO₂质量为$x$，根据反应$\ce{SO_{2} +I_{2} +2H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}SO_{4} +2HI}$：
$\dfrac{64}{254}=\dfrac{x}{6.35\ \mathrm{mg}}$
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$0.016\ \mathrm{mg· L^{-1}}＜0.02\ \mathrm{mg· L^{-1}}$，故符合排放标准。
(3) 若测得SO₂含量偏低，可能是气体流速过快，导致SO₂未完全被碘溶液吸收，或反应不充分，或装置气密性差等（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，吸收不完全（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计算的方法，同时能分析实验误差，难度适中，适合巩固相关知识点。
【难度系数】
0.6
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)$1.6$
(2)解:设样品中高锰酸钾的质量为$x$,生成$\ce{MnO_{2}}$的质量为$y$。
$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
316 87 32
$x$ $y$ 1.6 g
$\dfrac{316}{32}=\dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$,解得:$x=15.8\ \mathrm{g}$
$\dfrac{87}{32}=\dfrac{y}{1.6\ \mathrm{g}}$,解得:$y=4.35\ \mathrm{g}$
样品中高锰酸钾的质量分数是$\dfrac{15.8\ \mathrm{g}}{20.0\ \mathrm{g}}×100\%=79\%$。
答:样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为79%。
(3)
解析:(1)根据质量守恒定律,生成氧气的质量为$20.0\ \mathrm{g}-18.4\ \mathrm{g}=1.6\ \mathrm{g}$。(3)原混合物中二氧化锰的质量为$20.0\ \mathrm{g}-15.8\ \mathrm{g}=4.2\ \mathrm{g}$;二氧化锰的质量从4.2 g开始会慢慢增多,直到质量增加到$4.2\ \mathrm{g}+4.35\ \mathrm{g}=8.55\ \mathrm{g}$。
解析
【分析】首先，根据质量守恒定律，高锰酸钾加热分解时生成氧气逸出，反应前后固体的质量差即为生成氧气的总质量，由此可算出氧气质量；再利用高锰酸钾分解的化学方程式，由氧气的质量计算出样品中高锰酸钾的质量，进而求出其质量分数；对于二氧化锰的质量变化，需考虑原混合物中的二氧化锰和高锰酸钾分解生成的二氧化锰，从而确定其随时间变化的图像。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，生成氧气的总质量为反应前固体质量减去反应后剩余固体质量：$20.0\ \mathrm{g} - 18.4\ \mathrm{g} = 1.6\ \mathrm{g}$。
(2) 设样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量为$x$，生成$\ce{MnO_{2}}$的质量为$y$。
$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
$\dfrac{316}{32} = \dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$，解得$x = 15.8\ \mathrm{g}$；
$\dfrac{87}{32} = \dfrac{y}{1.6\ \mathrm{g}}$，解得$y = 4.35\ \mathrm{g}$；
样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为：$\dfrac{15.8\ \mathrm{g}}{20.0\ \mathrm{g}} × 100\% = 79\%$。
(3) 原混合物中$\ce{MnO_{2}}$的质量为$20.0\ \mathrm{g} - 15.8\ \mathrm{g} = 4.2\ \mathrm{g}$，反应生成的$\ce{MnO_{2}}$质量为$4.35\ \mathrm{g}$，故最终$\ce{MnO_{2}}$质量为$4.2\ \mathrm{g} + 4.35\ \mathrm{g} = 8.55\ \mathrm{g}$，因此$\ce{MnO_{2}}$质量随时间变化的图像为从$4.2\ \mathrm{g}$开始，随反应进行逐渐增加，反应结束后保持$8.55\ \mathrm{g}$不变，对应图像如下：
【答案】
(1)$1.6$
(2)79%
(3)
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、混合物质量分数计算
【点评】
本题结合图像考查化学计算，核心是利用质量守恒定律确定生成氧气的质量，再通过化学方程式进行相关计算，需注意二氧化锰质量包含原混合物中的和反应生成的两部分，整体难度中等，需掌握相关计算方法。
【难度系数】
0.5
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，生成氧气的总质量为反应前固体质量减去反应后剩余固体质量：$20.0\ \mathrm{g} - 18.4\ \mathrm{g} = 1.6\ \mathrm{g}$。
(2) 设样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量为$x$，生成$\ce{MnO_{2}}$的质量为$y$。
$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
$\dfrac{316}{32} = \dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$，解得$x = 15.8\ \mathrm{g}$；
$\dfrac{87}{32} = \dfrac{y}{1.6\ \mathrm{g}}$，解得$y = 4.35\ \mathrm{g}$；
样品中$\ce{KMnO_{4}}$的质量分数为：$\dfrac{15.8\ \mathrm{g}}{20.0\ \mathrm{g}} × 100\% = 79\%$。
(3) 原混合物中$\ce{MnO_{2}}$的质量为$20.0\ \mathrm{g} - 15.8\ \mathrm{g} = 4.2\ \mathrm{g}$，反应生成的$\ce{MnO_{2}}$质量为$4.35\ \mathrm{g}$，故最终$\ce{MnO_{2}}$质量为$4.2\ \mathrm{g} + 4.35\ \mathrm{g} = 8.55\ \mathrm{g}$，因此$\ce{MnO_{2}}$质量随时间变化的图像为从$4.2\ \mathrm{g}$开始，随反应进行逐渐增加，反应结束后保持$8.55\ \mathrm{g}$不变，对应图像如下：
【答案】
(1)$1.6$
(2)79%
(3)
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、混合物质量分数计算
【点评】
本题结合图像考查化学计算，核心是利用质量守恒定律确定生成氧气的质量，再通过化学方程式进行相关计算，需注意二氧化锰质量包含原混合物中的和反应生成的两部分，整体难度中等，需掌握相关计算方法。
【难度系数】
0.5
