Question

9．實驗室用下列裝置模擬工業(yè)過程制取硫代硫酸鈉如圖1（夾持儀器和加熱儀器均省略），其反應原理為：4SO₂+2Na₂S+Na₂CO₃=CO₂+3Na₂S₂O₃．

（1）儀器組裝完成后，關閉兩端旋塞，向裝置中的長頸漏斗內注入一定量的液體，其目的是檢驗裝置的氣密性．裝置D的作用是防止倒吸．裝置E中為NaOH溶液．
（2）裝置B的作用之一是觀察SO₂的生成速率，其中的液體最好選擇c．
a．蒸餾水   b．飽和Na₂SO₃溶液   c．飽和NaHSO₃溶液   d．飽和NaHCO₃溶液
（3）打開分液漏斗活塞，注入濃硫酸，片刻后加熱裝置C，反應后可得Na₂S₂O₃溶液．
該溶液中主要含有Na₂CO₃、Na₂SO₃兩種雜質，其有關物質的溶解度曲線如圖2所示．
①C裝置生成Na₂SO₃的化學方程式為Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂．
②根據溶解度曲線，請補充從C裝置的混合溶液中制得 Na₂S₂O₃的操作步驟：蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾、洗滌、干燥．
（4）為測定產品的純度，稱取2.0g該產品于錐形瓶中加水溶解；另取一定體積0.1mol/L酸性K₂Cr₂O₇溶液，向其中加入過量的KI晶體（Cr₂O₇^2-被還原成Cr³⁺），并滴加幾滴淀粉溶液（溶液體積變化忽略不計），立即用該溶液滴定上述所配Na₂S₂O₃溶液（發(fā)生反應為I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-），滴定終點的現象為溶液由藍色恰好變成無色，且半分鐘不恢復，滴定終點時消耗20.00mL．計算該產品的純度94.8%．

Answer 1

分析 根據裝置圖可知，A中的亞硫酸鈉中加入濃硫酸生成二氧化硫，裝置B的作用之一是觀察SO₂的生成速率，為提高產品純度，應使燒瓶C中Na₂S和Na₂SO₃恰好完全反應，燒瓶C中發(fā)生反應生成Na₂S₂O₃（aq），反應終止后，燒瓶C中的溶液經蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶即可析出Na₂S₂O₃晶體，D裝置中進氣管短，目的是防止倒吸，E中盛放NaOH溶液進行尾氣處理，防止含硫化合物排放在環(huán)境中，
（1）由于本裝置中有氣體參加，所以實驗前要檢驗裝置的氣密性；D中左側為短導管，為安全瓶，防止倒吸；裝置E起到吸收尾氣中SO₂、H₂S的作用；
（2）二氧化硫能溶于水生成亞硫酸，為防止二氧化硫溶解，應該用亞硫酸氫鈉溶液洗氣；
（3）①二氧化硫與碳酸鈉反應可生成亞硫酸鈉；
②Na₂S₂O₃中主要含有Na₂CO₃、Na₂SO₃兩種雜質，根據溶解度曲線，Na₂CO₃、Na₂SO₃溶解度受溫度影響較小，而Na₂S₂O₃受溫度影響較大，據此答題；
（4）酸性K₂Cr₂O₇溶液中加入過量的KI晶體（Cr₂O₇^2-被還原成Cr³⁺），并滴加幾滴淀粉溶液，此時溶液呈藍色，用Na₂S₂O₃溶液滴定，當達到滴定終點時，溶液藍色會褪去，K₂Cr₂O₇的物質的量為0.1mol/L×0.02L=0.002mol，根據反應Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O可知，I₂的物質的量為0.006mol，根據反應I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，可知Na₂S₂O₃的物質的量為0.012mol，據此計算該產品的純度；

解答 解：（1）儀器組裝完成后，關閉兩端活塞，向裝置B中的長頸漏斗內注入液體至形成一段液柱，若液柱高度保持不變，則氣密性良好，所以向裝置中的長頸漏斗內注入一定量的液體，其目的是檢驗裝置的氣密性；D中左側為短導管，為安全瓶，防止倒吸；裝置E起到吸收尾氣中SO₂、H₂S的作用，可選用NaOH溶液，
故答案為：檢驗裝置的氣密性；防止倒吸；NaOH；
（2）二氧化硫能溶于水生成亞硫酸，二氧化硫和亞硫酸鈉、碳酸氫鈉反應，為防止二氧化硫溶解，應該用亞硫酸氫鈉溶液洗氣，故選c；
（3）①二氧化硫與碳酸鈉反應可生成亞硫酸鈉，反應的方程式為Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，
故答案為：Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂；
②Na₂S₂O₃中主要含有Na₂CO₃、Na₂SO₃兩種雜質，根據溶解度曲線，Na₂CO₃、Na₂SO₃溶解度受溫度影響較小，而Na₂S₂O₃受溫度影響較大，所以從混合溶液中制得Na₂S₂O₃的操作步驟為蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、降溫結晶；
（4）酸性K₂Cr₂O₇溶液中加入過量的KI晶體（Cr₂O₇^2-被還原成Cr³⁺），并滴加幾滴淀粉溶液，此時溶液呈藍色，用Na₂S₂O₃溶液滴定，當達到滴定終點時，溶液藍色會褪去，所以滴定終點的現象是溶液由藍色恰好變成無色，且半分鐘不恢復，K₂Cr₂O₇的物質的量為0.1mol/L×0.02L=0.002mol，根據反應Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O可知，I₂的物質的量為0.006mol，根據反應I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，可知Na₂S₂O₃的物質的量為0.012mol，所以2.0g產品含有Na₂S₂O₃的質量為0.012mol×158g/mol=0.1896g，所以產品的純度為$\frac{0.1896g}{2g}$×100%=94.8%，
故答案為：溶液由藍色恰好變成無色，且半分鐘不恢復；94.8%．

點評 本題考查了實驗基本操作、氧化還原反應的計算等，題目難度中等，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意守恒思想在氧化還原反應計算中應用．