Question

20．硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）可由亚硫酸钠和硫粉通过化合反应制得，装置如图1．已知：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在，有关物质的溶解度曲线如图2所示．

（1）Na₂S₂O₃•5H₂O的制备：
步骤1：打开K₁、关闭K₂，向圆底烧瓶中加入足量浓硫酸并加热．写出烧瓶内发生反应的化学方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑．
步骤2：C中混合液被气流搅动，反应一段时间后，硫粉的量逐渐减少．当C中溶液的pH接近7时，打开K₂、关闭K₁并停止加热，理由是Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在．装置B、D的作用是吸收SO₂，防止污染．
步骤3：过滤C中的混合液，将滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品．
（2）Na₂S₂O₃性质的检验：
向新制氯水中加入Na₂S₂O₃溶液，氯水颜色变浅，再向溶液中滴加硝酸银溶液，观察到有白色沉淀产生，据此认为Na₂S₂O₃具有还原性．该方案是否正确并说明理由不正确，因为氯水中含有Cl^-．
（3）常用Na₂S₂O₃溶液测定废水中Ba²⁺浓度，步骤如下：取废水25.00mL，控制适当的酸度加入足量K₂Cr₂O₇溶液，得BaCrO₄沉淀；过滤、洗涤后，用适量稀盐酸溶解，此时CrO₄^2-全部转化为Cr₂O₇^2-；再加过量KI溶液，充分反应后，加入淀粉溶液作指示剂，用0.010mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液进行滴定，反应完全时，消耗Na₂S₂O₃溶液18.00mL．部分反应的离子方程式为①Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺═2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；②I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-．
则该废水中Ba²⁺的物质的量浓度为2.4×10^-3mol•L^-1．

Answer 1

分析 在加热条件下，铜和浓硫酸发生氧化还原反应生成二氧化硫，所以A中发生的反应为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；打开K₁，关闭K₂，在C中Na₂CO₃和S、SO₂反应生成Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，所以酸性条件下不能存在，二氧化硫不能完全反应且二氧化硫有毒，会污染空气，所以用NaOH吸收未反应的SO₂；C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应，打开K₂，关闭K₁，二氧化硫有毒，应该用B中溶液吸收二氧化硫，二氧化硫属于酸性氧化物，且有还原性，所以可以碱性物质或氧化性物质吸收二氧化硫，
（1）铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；根据题目Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在的信息判断；二氧化硫不能排放到空气中，应有尾气处理装置；从滤液中获取Na₂S₂O₃•5H₂O需蒸发浓缩冷却结晶等操作；
（2）氯水中氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，氯水中一定有氯离子；
（3）根据反应方程式中各物质计量数之间的关系求算．

解答 解：（1）铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；由于Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在，碳酸钠的作用是起反应物作用及提供碱性环境，所以当C中溶液的pH接近7时，打开K₂、关闭K₁并停止加热；SO₂是大气污染物，需要尾气处理，则装置B、D中应盛放氢氧化钠溶液，用来吸收SO₂，防止污染环境；Na₂S₂O₃•5H₂O受热易分解，所需冷却结晶，所以从滤液中获取Na₂S₂O₃•5H₂O需蒸发浓缩冷却结晶等操作，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；接近7；Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在；吸收SO₂，防止污染；蒸发浓缩；冷却结晶；
（2）因为氯水中氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，氯水中一定有氯离子，所以加入硝酸银生成沉淀，不能证明因Na₂S₂O₃具有还原性，氯离子是氯气做氧化剂生成的，
故答案为：不正确，因为氯水中含有Cl^-；
（3）溶液中发生的反应为：2Ba²⁺+Cr₂O₇^2-=2BaCrO₄+2H⁺、Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-；
根据方程式列出各物质的关系为Ba²⁺～BaCrO₄～$\frac{1}{2}$Cr₂O₇^2-～$\frac{3}{2}$I₂～3S₂O₃^2-
                                              1mol                                             3mol
则n（Ba²⁺）=3n（S₂O₃^2-）=$\frac{1}{3}$×0.0100mol•L^-1×18.00×10^-3 L=6×10^-5mol，所以c（Ba²⁺）═$\frac{6×10{\;}^{-5}mol}{25.00×10{\;}^{-3}L}$=2.4×10^-3mol•L^-1，
故答案为：2.4×10^-3 mol•L^-1．

点评 本题考查了有关硫代硫酸钠的知识，理解工艺流程，掌握实验操作与设计及物质性质是解答的关键，题目难度中等．