Question

4．化学科研小组的同学在精确测试Na₂SO₃溶液的pH时，遇到了困惑．为此，他们进行了冷静的思考和准备，决心重新实验，揭开奥秘．请你了解情况，参与交流讨论．
[查阅资料]①常温下0.1mol•L^-1的H₂SO₃溶液的pH约为2.1．
②通常情况下，H₂S为无色，有腐蛋臭味的气体，其水溶液称为氢硫酸．常温下0.1mol•L^-1的H₂S溶液的pH约为4.5．
[实验操作]①准确称取纯净的Na₂SO₃•7H₂O晶体25.20g，配成1L水溶液，测得其pH=7.8．
②以坩埚再次准确称取25.20g上述晶体，继而隔绝空气在600℃以上高温下强热至恒重（只有硫元素的化合价变化成最高价和最低价），质量为12.60g．
③将②所得之12.60g固体进行元素定性定量分析，组成与Na₂SO₃无异．将其溶于水得250mL溶液，测得pH=10.3．
[分析猜想]Na₂SO₃•7H₂O在强热下，失去结晶水，进而发生了分解反应（自身氧化还原反应）
[交流讨论]
（1）实验操作②中除坩埚、酒精灯、三角架及隔绝空气的设备外，还需要的仪器有坩埚钳、泥三角．
（2）给Na₂SO₃•7H₂O加热时要隔绝空气，请以简要的文字和化学方程式给以说明．避免Na₂SO₃被空气中氧气氧化，2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄．
（3）猜想Na₂SO₃在高温强热下发生分解反应的化学方程式是4Na₂SO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂S+3Na₂SO₄．
（4）实验①和③中，两次测得的溶液pH相差明显，其合理的解释是实验③的溶液中可能有Na₂S，相同条件下，S^2-水解程度大于SO₃^2-，溶液的碱性强．实验③中溶液的pH=10.3的原理是（以相关的离子方程式表示）S^2-+H₂O?HS^-+OH^-．
（5）请你设计简单的实验方案，给上述分析、猜想及解释以佐证．请简单叙述实验步骤、现象和结论．取③溶液适量于试管中，向其中加稀H₂SO₄，如有腐蛋气味气体生成，则证明有S^2-；另取③中溶液适量于试管中，加入HCl酸化的BaCl₂，如有白色沉淀生成，证明有SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）坩埚灼烧晶体的装置和操作选择需要的仪器；
（2）亚硫酸钠具有强的还原性，易被氧气氧化为硫酸钠；
（3）Na₂SO₃在高温强热下发生分解反应是一个自身氧化还原反应，会生成低价硫和高价硫；
（4）硫离子和亚硫酸根离子均能发生水解使得溶液显碱性，水解程度不一样而碱性强弱不一样；
（5）根据硫离子能和酸反应生成硫化氢、硫酸根离子可以和钡离子反应生成硫酸钡来回答．

解答 解：（1）实验操作②中除坩埚、酒精灯、三角架及隔绝空气的设备外，还需要的仪器有泥三角、坩埚钳，
故答案为：泥三角、坩埚钳；
（2）亚硫酸钠具有强的还原性，Na₂SO₃•7H₂O加热时要隔绝空气，防止亚硫酸钠被氧气氧化为硫酸钠，即2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄；
故答案为：避免Na₂SO₃被空气中氧气氧化，2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄；
（3）Na₂SO₃在高温强热下发生分解反应是一个自身氧化还原反应，会生成-2价硫和+6价的硫，反应为：4Na₂SO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂S+3Na₂SO₄，
故答案为：4Na₂SO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂S+3Na₂SO₄；
（4）硫离子和亚硫酸根离子均能发生水解使得溶液显碱性，实验①和③中，两次测得的溶液pH相差明显，是因为二者的水解程度不一样而导致碱性强弱不一样，实验③中溶液的pH=10.3的原理是S^2-+H₂O?HS^-+OH^-，
故答案为：实验③的溶液中可能有Na₂S，相同条件下，S^2-水解程度大于SO₃^2-，溶液的碱性强；S^2-+H₂O?HS^-+OH^-；
（5）硫离子能和酸反应生成硫化氢，硫离子的检验方法：取③溶液适量于试管中，向其中加稀H₂SO₄，如有腐蛋气味气体生成，则证明有S^2-，硫酸根离子可以和钡离子反应生成硫酸钡，硫酸根离子的检验方法：另取③中溶液适量于试管中，加入HCl酸化的BaCl₂，如有白色沉淀生成，证明有SO₄^2-，
故答案为：取③溶液适量于试管中，向其中加稀H₂SO₄，如有腐蛋气味气体生成，则证明有S^2-；另取③中溶液适量于试管中，加入HCl酸化的BaCl₂，如有白色沉淀生成，证明有SO₄^2-．

点评 本题是一道信息迁移题，考查学生对知识的综合程度和解决问题的能力，难度中等．充分利用题给信息“①常温下0.1mol•L^-1的H₂SO₃溶液的pH约为2.1．②通常情况下，H₂S为无色，有腐蛋臭味的气体，其水溶液称为氢硫酸．常温下0.1mol•L^-1的H₂S溶液的pH约为4.5及Na₂SO₃•7H₂O在强热下，失去结晶水，进而发生了分解反应（自身氧化还原反应）”是解题关键．