Question

17．Na₂SO₃应用广泛．利用工业废碱渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸厂尾气中的SO₂制备无水Na₂SO₃的成本低，优势明显，其流程如图1．

（1）举例说明向大气中排放SO₂导致的环境问题：酸雨．
（2）图2为吸收塔中Na₂CO₃溶液与SO₂反应过程中溶液组成变化．则初期反应（图中A点以前）的离子方程式是2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-．
（3）中和器中发生的主要反应的化学方程式是NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
资料显示：
Ⅰ．Na₂SO₃在33℃时溶解度最大，将其饱和溶液加热至33℃以上时，由于溶解度降低会析出无水Na₂SO₃，冷却至33℃以下时析出Na₂SO₃•7H₂O；
Ⅱ．无水Na₂SO₃在空气中不易被氧化，Na₂SO₃•7H₂O在空气中易被氧化．
（4）为了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，从而提高结晶产率，中和器中加入的NaOH是过量的．
①请结合Na₂SO₃的溶解平衡解释NaOH过量的原因Na₂SO₃存在溶解平衡：Na₂SO₃（s）?2Na⁺ （aq）+SO₃^2- （aq），NaOH过量使c（Na⁺）增大，上述平衡逆向移动．
②结晶时应选择的最佳操作是b（选填字母）．
a.95～100℃加热蒸发，直至蒸干
b．维持95～100℃蒸发浓缩至有大量晶体析出
c.95～100℃加热浓缩，冷却至室温结晶
（5）为检验Na₂SO₃成品中是否含少量Na₂SO₄，需选用的试剂是稀盐酸、BaCl₂溶液．
（6）KIO₃滴定法可测定成品中Na₂SO₃的含量：室温下将0.1260g 成品溶于水并加入淀粉做指示剂，再用酸性KIO₃标准溶液（x mol/L）进行滴定至溶液恰好由无色变为蓝色，消耗KIO₃标准溶液体积为y mL．
①滴定终点前反应的离子方程式是：1IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+1I^-
（将方程式补充完整）
②成品中Na₂SO₃（M=126g/mol）的质量分数是3xy×100%．

Answer 1

分析 Na₂SO₃应用广泛，利用工业废碱渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸厂尾气中的SO₂制备无水Na₂SO₃，吸收塔中发生的反应为2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，为了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，从而提高结晶产率，中和器中加入的NaOH是过量的，加入氢氧化钠进入中和器得到溶液结晶进入离心机干燥得到晶体，滤液重新进入吸收塔循环使用．
（1）二氧化硫在空气中变化生成硫酸，会导致酸雨；
（2）由图可知，初期反应（图中A点以前）碳酸钠与二氧化硫反应生成碳酸氢钠与亚硫酸钠；
（3）随着二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亚硫酸氢钠，中和器中主要是将亚硫酸氢钠转化为硫酸钠，同时碳酸氢钠反应得到碳酸钠；
（4）①Na₂SO₃溶解电离出钠离子，NaOH过量使c（Na⁺）增大，抑制Na₂SO₃溶解；
②由于冷却至33℃以下时析出Na₂SO₃•7H₂O，应在较高温度下蒸发浓缩至有大量晶体析出，利用余热蒸发；
（5）用盐酸除去亚硫酸钠，再用氯化钡溶液检验硫酸根离子；
（6）①IO₃^-与SO₃^2-发生氧化还原反应得到SO₄^2-与I^-，I元素化合价降低6价，S元素化合价升高2价，化合价升降最小公倍数为6，可得IO₃^-的系数为1、SO₃^2-的系数为3，再结合原子守恒、电荷守恒配平；
②根据离子方程式计算亚硫酸钠的物质的量，进而计算其质量分数．

解答 解：（1）向大气中排放SO₂会导致酸雨发生，SO₂气体在空气中经粉尘催化氧化为SO₃，SO₃与水反应能生成硫酸，有关反应的化学方程式为：2SO₂+O₂ $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2SO₃；SO₃+H₂O═H₂SO₄，或二氧化硫与水反应生成亚硫酸，又被氧化为硫酸，则SO₂形成硫酸型酸雨的反应为SO₂+H₂O?H₂SO₃、2H₂SO₃+O₂═2H₂SO₄，
故答案为：酸雨；
（2）由图可知，初期反应（图中A点以前）碳酸钠与二氧化硫反应生成碳酸氢钠与亚硫酸钠，反应离子方程式为：2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，
故答案为：2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-；
（3）随着二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亚硫酸氢钠，中和器中主要是将亚硫酸氢钠转化为硫酸钠，同时碳酸氢钠反应得到碳酸钠，主要反应化学方程式为：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O，
故答案为：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（4）①Na₂SO₃存在溶解平衡：Na₂SO₃（s）?2Na⁺ （aq）+SO₃^2- （aq），NaOH过量使c（Na⁺）增大，上述平衡逆向移动，抑制Na₂SO₃溶解，
故答案为：Na₂SO₃存在溶解平衡：Na₂SO₃（s）?2Na⁺ （aq）+SO₃^2- （aq），NaOH过量使c（Na⁺）增大，上述平衡逆向移动；
②a．加热蒸发直至蒸干，容易使固体溅出，导致损失等，故a错误
B．维持95～100℃蒸发浓缩至有大量晶体析出，再利用余热蒸干，故B正确；
C．由于冷却至33℃以下时析出Na₂SO₃•7H₂O，应在较高温度下蒸发浓缩结晶，故C错误，
故答案为：b；
（5）用盐酸除去亚硫酸钠，防止干扰，再用氯化钡溶液检验硫酸根离子，
故答案为：稀盐酸、BaCl₂溶液；
（6）①IO₃^-与SO₃^2-发生氧化还原反应得到SO₄^2-与I^-，I元素化合价降低6价，S元素化合价升高2价，化合价升降最小公倍数为6，可得IO₃^-的系数为1、SO₃^2-的系数为3，配平后离子方程式为：IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-，
故答案为：1、3、3SO₄^2-、1I^-；
②消耗KIO₃的物质的量为y×10^-3L×x mol/L=xy×10^-3mol，
由IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-，可知n（Na₂SO₃）=3n（KIO₃）=3xy×10^-3mol
则成品中Na₂SO₃的质量分数为$\frac{3xy×1{0}^{-3}mol×126g/mol}{0.126g}$×100%=3xy×100%，
故答案为：3xy×100%．

点评 本题以物质制备为载体，考查学生对原理的分析理解、物质的分离提纯、氧化还原反应、物质含量测定、实验方案设计、信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．