Question

15．工业上常利用含硫废水生产Na₂S₂O₃•5H₂O，实验室可用如下装置（略去部分夹持仪器）模拟生产过程．

烧瓶C中发生反应如下：
Na₂S（aq）+H₂O（l）+SO₂（g）═Na₂SO₃（aq）+H₂S（aq）　（Ⅰ）
2H₂S（aq）+SO₂（g）═3S（s）+2H₂O（l）  （Ⅱ）
S（s）+Na₂SO₃（aq）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃（aq）  （Ⅲ）
（1）仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变，则整个装置气密性良好．装置D的作用是防止倒吸．
装置E中为NaOH溶液．
（2）为提高产品纯度，应使烧瓶C中Na₂S和Na₂SO₃恰好完全反应，则烧瓶C中Na₂S与Na₂SO₃的物质的量之比为2：1．
（3）装置B的作用之一是观察SO₂的生成速率，其中的液体最好选择c．
A．蒸馏水                           B．饱和Na₂SO₃溶液
C．饱和NaHSO₃溶液                 D．饱和NaHCO₃溶液
实验中，为使SO₂缓慢进入烧瓶C，采用的操作是控制滴加硫酸的速度．已知反应（Ⅲ）相对较慢，则烧瓶C中反应达到终点的现象是溶液变澄清（或浑浊消失）；．
反应后期可用酒精灯适当加热烧瓶A，实验室用酒精灯加热时必须使用石棉网的仪器还有ad．
A．烧杯　　     B．蒸发皿　     　C．试管　　    D．锥形瓶
（4）反应终止后，烧瓶C中的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶即可析出Na₂S₂O₃•5H₂O，其中可能含有Na₂SO₃、Na₂SO₄等杂质．利用所给试剂设计实验，检测产品中是否存在Na₂SO₄，简要说明实验操作、现象和结论：取少量产品溶于足量稀盐酸中，静置，取上层清液（或过滤后取滤液），滴加BaCl₂溶液，若出现白色沉淀则说明含有Na₂SO₄杂质．
已知Na₂S₂O₃•5H₂O遇酸易分解：S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+SO₂↑+H₂O
供选择的试剂：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl₂溶液、AgNO₃溶液．

Answer 1

分析 A中的亚硫酸钠中加入浓硫酸生成二氧化硫，装置B的作用之一是观察SO₂的生成速率，为提高产品纯度，应使烧瓶C中Na₂S和Na₂SO₃恰好完全反应，烧瓶C中发生反应如下：
Na₂S（aq）+H₂O（l）+SO₂（g）═Na₂SO₃（aq）+H₂S（aq）　（Ⅰ）
2H₂S（aq）+SO₂（g）═3S（s）+2H₂O（l）　（Ⅱ）
S（s）+Na₂SO₃（aq）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃（aq）　（Ⅲ）
反应终止后，烧瓶C中的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶即可析出Na₂S₂O₃•5H₂O，E中盛放NaOH溶液进行尾气处理，防止含硫化合物排放在环境中，
（1）利用液面差在一段时间不变检验气密性，D可防止液体倒吸，E中盛放NaOH溶液进行尾气处理；
（2）C中Na₂S和Na₂SO₃恰好完全反应，结合烧杯C中的反应分析；
（3）观察SO₂的生成速率，发生强酸制取弱酸的反应，为使SO₂缓慢进入烧瓶C，应控制B中硫酸的加入速度，Ⅲ中发生S（s）+Na₂SO₃（aq）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃（aq），反应达到终点是S完全溶解，烧杯、锥形瓶需要加热时必须使用石棉网，蒸发皿、试管可直接加热；
（4）检测产品中是否存在Na₂SO₄，先加盐酸排除干扰，再利用氯化钡检验硫酸根离子．

解答 解：（1）仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变，则气密性良好，D中左侧为短导管可防止液体倒吸，E中盛放NaOH溶液进行尾气处理，防止含硫化合物排放在环境中，
故答案为：液柱高度保持不变；防止倒吸；NaOH；
（2）C中Na₂S和Na₂SO₃恰好完全反应，由Na₂S（aq）+H₂O（l）+SO₂（g）═Na₂SO₃（aq）+H₂S（aq）（Ⅰ）
2H₂S（aq）+SO₂（g）═3S（s）+2H₂O（l）（Ⅱ）
S（g）+Na₂SO₃（aq）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃（aq）（Ⅲ）
可知，（Ⅰ）×2+（Ⅱ）+（Ⅲ）×3，得到总反应为2Na₂S（aq）+Na₂SO₃（aq）+3SO₂（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Na₂S₂O₃（aq），则C中Na₂S和Na₂SO₃物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1；
（3）观察SO₂的生成速率，发生强酸制取弱酸的反应，a不生成二氧化硫，bd中物质均与二氧化硫反应，只有c中饱和NaHSO₃溶液适合制取二氧化硫；为使SO₂缓慢进入烧瓶C，应控制B中滴加硫酸的速度，Ⅲ中发生S（g）+Na₂SO₃（aq）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃（aq），反应达到终点是S完全溶解，可观察到溶液变澄清（或浑浊消失）；烧杯、锥形瓶需要加热时必须使用石棉网，
故答案为：c；控制滴加硫酸的速度；溶液变澄清（或浑浊消失）；ad；
（4）检测产品中是否存在Na₂SO₄，操作、现象和结论为取少量产品溶于足量稀盐酸中，静置，取上层清液（或过滤后取滤液），滴加BaCl₂溶液，若出现白色沉淀则说明含有Na₂SO₄杂质，
故答案为：取少量产品溶于足量稀盐酸中，静置，取上层清液（或过滤后取滤液），滴加BaCl₂溶液，若出现白色沉淀则说明含有Na₂SO₄杂质．

点评 本题主要考查气密性检验、氧化还原反应及离子检验等，侧重实验分析能力及知识综合应用能力的考查，题目难度中等，注意（2）中发生的反应及总反应的分析为易错点．