Question

20．硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）可由亞硫酸鈉和硫粉通過化合反應制得，裝置如圖1．已知：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在，有關物質的溶解度曲線如圖2所示．

（1）Na₂S₂O₃•5H₂O的制備：
步驟1：打開K₁、關閉K₂，向圓底燒瓶中加入足量濃硫酸并加熱．寫出燒瓶內發(fā)生反應的化學方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑．
步驟2：C中混合液被氣流攪動，反應一段時間后，硫粉的量逐漸減少．當C中溶液的pH接近7時，打開K₂、關閉K₁并停止加熱，理由是Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在．裝置B、D的作用是吸收SO₂，防止污染．
步驟3：過濾C中的混合液，將濾液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干，得到產品．
（2）Na₂S₂O₃性質的檢驗：
向新制氯水中加入Na₂S₂O₃溶液，氯水顏色變淺，再向溶液中滴加硝酸銀溶液，觀察到有白色沉淀產生，據此認為Na₂S₂O₃具有還原性．該方案是否正確并說明理由不正確，因為氯水中含有Cl^-．
（3）常用Na₂S₂O₃溶液測定廢水中Ba²⁺濃度，步驟如下：取廢水25.00mL，控制適當的酸度加入足量K₂Cr₂O₇溶液，得BaCrO₄沉淀；過濾、洗滌后，用適量稀鹽酸溶解，此時CrO₄^2-全部轉化為Cr₂O₇^2-；再加過量KI溶液，充分反應后，加入淀粉溶液作指示劑，用0.010mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液進行滴定，反應完全時，消耗Na₂S₂O₃溶液18.00mL．部分反應的離子方程式為①Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺═2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；②I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-．
則該廢水中Ba²⁺的物質的量濃度為2.4×10^-3mol•L^-1．

Answer 1

分析 在加熱條件下，銅和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應生成二氧化硫，所以A中發(fā)生的反應為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；打開K₁，關閉K₂，在C中Na₂CO₃和S、SO₂反應生成Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃溶液具有弱堿性和較強的還原性，所以酸性條件下不能存在，二氧化硫不能完全反應且二氧化硫有毒，會污染空氣，所以用NaOH吸收未反應的SO₂；C中溶液的pH接近7時即停止C中的反應，打開K₂，關閉K₁，二氧化硫有毒，應該用B中溶液吸收二氧化硫，二氧化硫屬于酸性氧化物，且有還原性，所以可以堿性物質或氧化性物質吸收二氧化硫，
（1）銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；根據題目Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在的信息判斷；二氧化硫不能排放到空氣中，應有尾氣處理裝置；從濾液中獲取Na₂S₂O₃•5H₂O需蒸發(fā)濃縮冷卻結晶等操作；
（2）氯水中氯氣和水反應生成鹽酸和次氯酸，氯水中一定有氯離子；
（3）根據反應方程式中各物質計量數之間的關系求算．

解答 解：（1）銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應的化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；由于Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在，碳酸鈉的作用是起反應物作用及提供堿性環(huán)境，所以當C中溶液的pH接近7時，打開K₂、關閉K₁并停止加熱；SO₂是大氣污染物，需要尾氣處理，則裝置B、D中應盛放氫氧化鈉溶液，用來吸收SO₂，防止污染環(huán)境；Na₂S₂O₃•5H₂O受熱易分解，所需冷卻結晶，所以從濾液中獲取Na₂S₂O₃•5H₂O需蒸發(fā)濃縮冷卻結晶等操作，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；接近7；Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在；吸收SO₂，防止污染；蒸發(fā)濃縮；冷卻結晶；
（2）因為氯水中氯氣和水反應生成鹽酸和次氯酸，氯水中一定有氯離子，所以加入硝酸銀生成沉淀，不能證明因Na₂S₂O₃具有還原性，氯離子是氯氣做氧化劑生成的，
故答案為：不正確，因為氯水中含有Cl^-；
（3）溶液中發(fā)生的反應為：2Ba²⁺+Cr₂O₇^2-=2BaCrO₄+2H⁺、Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-；
根據方程式列出各物質的關系為Ba²⁺～BaCrO₄～$\frac{1}{2}$Cr₂O₇^2-～$\frac{3}{2}$I₂～3S₂O₃^2-
                                              1mol                                             3mol
則n（Ba²⁺）=3n（S₂O₃^2-）=$\frac{1}{3}$×0.0100mol•L^-1×18.00×10^-3 L=6×10^-5mol，所以c（Ba²⁺）═$\frac{6×10{\;}^{-5}mol}{25.00×10{\;}^{-3}L}$=2.4×10^-3mol•L^-1，
故答案為：2.4×10^-3 mol•L^-1．

點評 本題考查了有關硫代硫酸鈉的知識，理解工藝流程，掌握實驗操作與設計及物質性質是解答的關鍵，題目難度中等．