Question

15．已知亞硫酸（H₂SO₃）為中強酸，某化工廠設計以下流程制備Na₂SO₃產品（圖1）．
（1）反應Ⅰ中碳酸鈉溶液與二氧化硫發(fā)生反應，有關組分的質量分數變化如圖2所示．
①圖中曲線2、3表示的組分分別為NaHCO₃、Na₂SO₃．（填化學式）
②圖中M點之后發(fā)生反應的離子方程式為SO₂+SO₃^2-=2HSO₃^-．
（2）實驗時，反應Ⅱ中加入NaOH溶液的目的是NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）；SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要）；（用化學方程式表示）．
（3）國家標準規(guī)定產品中Na₂SO₃的質量分數≥97%為優(yōu)等品，≥93.0%為一等品．為了確定實驗所得產品的等級，研究小組采用了以下方法進行測定：稱取2.64g產品，用蒸餾水溶解，加入足量雙氧水使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄，再加入鹽酸酸化的BaCl₂溶液，當溶液中SO₄^2-恰好完全沉淀，將所得沉淀進行過濾、洗滌、干燥后稱量，稱得質量為4.66g，則產品中Na₂SO₃的質量分數為95.45%．（不考慮產品中Na₂SO₄的影響）

Answer 1

分析 碳酸鈉溶液中通入二氧化硫依次發(fā)生的反應為Ⅰ：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃，2NaHCO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，反應Ⅱ是加入氫氧化鈉溶液發(fā)生反應：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要），SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），得到亞硫酸鈉溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶過濾洗滌得到Na₂SO₃．
（1）①依據反應過程和圖象曲線變化可知，圖象3表示的是亞硫酸鈉，圖象2表示的是碳酸氫鈉；
②M點之后發(fā)生反應的方程式為：SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃；
（2）“反應II”中加入NaOH溶液的目的是和亞硫酸氫鈉反應得到亞硫酸鈉；
（3）稱取2.64g產品，用蒸餾水溶解，加入足量的雙氧水使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄，再加入過量的BaCl₂溶液，所得沉淀經過過濾、洗滌、干燥后稱量，質量為4.660g，為硫酸鋇沉淀質量，反應為：Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O，Na₂SO₄+BaCl₂=2NaCl+BaSO₄↓，結合硫酸鋇物質的量，硫元素守恒計算．

解答 解：碳酸鈉溶液中通入二氧化硫依次發(fā)生的反應為Ⅰ：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃，2NaHCO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，反應Ⅱ是加入氫氧化鈉溶液發(fā)生反應：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要），SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），得到亞硫酸鈉溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶過濾洗滌得到Na₂SO₃．
（1）①依據反應過程和圖象曲線變化可知，圖象3表示的是亞硫酸鈉，線2表示的組分為NaHCO₃，
故答案為：NaHCO₃、Na₂SO₃；
②圖中M點之后發(fā)生反應的方程式為SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，
故答案為：SO₂+SO₃^2-=2HSO₃^-；
（2）“反應II”中加入NaOH溶液的目的是和亞硫酸氫鈉反應得到亞硫酸鈉，反應的化學方程式為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）； SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），
故答案為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）； SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要）；
（3）Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O，Na₂SO₄+BaCl₂=2NaCl+BaSO₄↓
m（BaSO₄）=4.660g，
n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.020mol，
則經氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，
不考慮產品中Na₂SO₄的影響，則n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126 g/mol=2.52g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.52g}{2.64g}$×100%≈95.45%，
故答案為：95.45%．

點評 本題考查了無機物制備流程、反應原理及其物質組成的實驗測定和含量計算應用，題目難度中等．