Question

3．焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）是常用的食品抗氧化剂之一．某研究小组进行如下实验：采用如图1装置（实验前已除尽装置内的空气）制取Na₂S₂O₅．
已知：①装置Ⅱ中有Na₂S₂O₅晶体析出，发生的反应为Na₂SO₃+SO₂═Na₂S₂O₅．
②Na₂S₂O₅晶体在空气中被氧化生成Na₂SO₄．

（1）装置Ⅰ中产生气体的化学方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O．
（2）要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体，可采取的分离方法是过滤．
（3）装置Ⅲ用于处理尾气，可选用的最合理装置（图2）（夹持仪器已略去）为d（填序号）．
（4）检测Na₂S₂O₅晶体在空气中已被氧化的实验方案是取少量Na₂S₂O₅晶体于试管中，加适量水溶解，滴加足量盐酸，振荡，再滴入氯化钡溶液，有白色沉淀生成．
（5）为了研究干燥的Cl₂与干燥SO₂反应及进行程度．用如图3所示装置收集满干燥的Cl₂，再通入干燥SO₂，集气瓶中立即产生无色液体SO₂Cl₂，充分反应后，将液体和剩余气体分离．继续用NaOH溶液吸收分离出的气体，用足量稀盐酸酸化后，再滴加BaCl₂溶液，产生白色沉淀，该白色沉淀是白色沉淀是BaSO₄，由此可知反应后剩余气必然存在混合气体中必然存在SO₂和Cl₂两种气体气体，综合实验信息，请写出干燥的SO₂与Cl₂反应的化学方程式SO₂+Cl₂$\stackrel{活性炭}{?}$SO₂Cl₂．

Answer 1

分析 本题是制取Na₂S₂O₅的实验探究，考查了反应制备原理、反应混合物的分离及尾气处理，因Na₂S₂O₅晶体在空气中被氧化生成Na₂SO₄，利用SO₄^2-的检验来分析有没有变质，另外还考查了SO₂和Cl₂反应原理的探究，只要根据氧化还原反应及质量守恒及可解决相关问题；
（1）由装置Ⅱ中发生的反应可知，装置Ⅰ中产生的气体为SO₂，亚硫酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、二氧化硫与水；
（2）装置Ⅱ中获得已析出的晶体，分离固体与液态，应采取过滤操作；
（3）装置Ⅲ用于处理尾气，吸收为反应的二氧化硫，应防止倒吸，且不能处于完全密闭环境中；
（4）Na₂S₂O₅晶体在空气中易被氧化为Na₂SO₄，用盐酸、氯化钡溶液检验样品中是否含有硫酸根即可；
（5）用NaOH溶液吸收分离出的气体，所得混合液用足量稀盐酸酸化后，再滴加BaCl₂溶液，产生白色沉淀，可知原溶液里有SO₄²，得到的白色沉淀为BaSO₄，结合单一SO2或Cl2和混合气体通入NaOH溶液的情况分析，可推测混合气体的成份．

解答 解：（1）由装置Ⅱ中发生的反应可知，装置Ⅰ中产生的气体为SO₂，亚硫酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、二氧化硫与水，反应方程式为：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，
故答案为：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O；
（2）装置Ⅱ中获得已析出的晶体，分离固体与液态，应采取过滤进行分离，
故答案为：过滤；
（3）a．装置应将导管深入氨水中可以吸收二氧化硫，但为密闭环境，装置内压强增大易产生安全事故，故错误；
b．该装置吸收二氧化硫能力较差，且为密闭环境，装置内压强增大易产生安全事故，故错误；
c．该装置不能吸收二氧化硫，所以无法实现实验目的，故错误；
d．该装置中氢氧化钠与二氧化硫反应，可以吸收，且防止倒吸，故正确；
故答案为：d；
（4）Na₂S₂O₅中S元素的化合价为+4价，因此会被氧化为为+6价，即晶体在空气中易被氧化为Na₂SO₄，用盐酸、氯化钡溶液检验样品中是否含有硫酸根即可，实验方案为：取少量Na₂S₂O₅晶体于试管中，加入适量水溶解，滴加盐酸，振荡，再滴加氯化钡溶液，有白色沉淀生成，
故答案为：取少量Na₂S₂O₅晶体于试管中，加入适量水溶解，滴加盐酸，振荡，再滴加氯化钡溶液，有白色沉淀生成；
（5）生成的白色沉淀为BaSO₄，说明NaOH溶液吸收分离出的气体成分不是单一的SO2或Cl2，而是二者的混合气体，在水溶液里发生了氧化还原反应，生成了硫酸根离子，同时也可知SO2与Cl2生成SO2Cl2的反应是可逆反应，因为反应物的转化率没有达到100%，故答案为：白色沉淀是BaSO₄；混合气体中必然存在SO₂和Cl₂两种气体；SO₂+Cl₂$\stackrel{活性炭}{?}$SO₂Cl₂．

点评 本题考查物质的制备实验、实验方案设计、物质含量的测定、氧化还原反应滴定等，难度中等，明确实验原理是解本题关键，根据物质的性质分析解答，注意元素化合物知识的积累和灵活运用