Question

19．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：
实验一  焦亚硫酸钠的制取
采用如图装置（实验前已除尽装置内的空气）制取Na₂S₂O₅．装置II中有Na₂S₂O₅晶体析出，

发生的反应为：Na₂SO₃+SO₂═Na₂S₂O₅
（1）装置I中产生气体的化学方程式为Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O或Na₂SO₃+2H₂SO₄=2NaHSO₄+SO₂↑+H₂O．该反应中要求选用70%的硫酸，浓度不能过大也不能过小，其原因是该反应是离子反应，实质是2H⁺+SO₃^2--=H₂O+SO₂．硫酸过浓，H+浓度小，不利反应进行；硫酸浓度过小，水就多，生成的SO₂易溶于水，一般情况采用70%的H₂SO₄．
（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（夹持仪器已略去）为d （填序号）．
（4）实验室中也可用铜和浓硫酸加热来制取二氧化硫
①写出该反应的化学方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）=CuSO₄+SO₂ ↑+2H₂O
②下列溶液中，不能鉴别SO₂和CO₂气体的是bdf（填字母编号）．
a．酸化的Ca（NO₃）₂溶液  b．澄清石灰水   c．FeCl₃和BaCl₂混合溶液
d．Na₂SiO₃溶液         e．溴水         f．CaCl₂溶液
③过量的铜和含 x molH₂SO₄的浓硫酸混合共热，共收集到22.4y L（标准状况）SO₂气体后，再给反应容器中加入过量的铁粉，经过充分反应后，反应掉的铁粉的质量为56（x-y）g
实验二 葡萄酒中抗氧化剂残留量的测定
（5）葡萄酒常用Na₂S₂O₅作抗氧化剂．测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量（以游离SO₂计算）的方案如下：
 
（已知：滴定时反应的化学方程式为SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI）
①按上述方案实验，消耗标准I₂溶液25.00mL，该次实验测得样品中抗氧化剂的残留量（以游离SO₂计算）为0.16g•L^-1．
②在上述实验过程中，若有部分HI被空气氧化，则测得结果偏低（填“偏高”“偏低”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）装置I中浓硫酸与亚硫酸钠反应产生二氧化硫气体，同时生成硫酸钠和水；该反应是离子反应，实质是2H⁺+SO₃^2--=H₂O+SO₂．硫酸过浓，H⁺浓度小，不利反应进行；硫酸浓度过小，水就多，生成的SO₂易溶于水；
（2）装置Ⅱ中析出Na₂S₂O₅晶体，通过过滤操作得到该晶体；
（3）处理过量的SO₂尾气，既要吸收SO₂尾气，同时能防倒吸；
（4）①铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；
②鉴别SO₂和CO₂气体是利用二氧化硫和二氧化碳性质和反应现象的不同区别；
③依据化学方程式定量关系计算，反应生成的二氧化硫物质的量=$\frac{22.4yL}{22.4L/mol}$=ymol，生成的硫酸铜物质的量=xmol-ymol，加入铁会和硫酸铜发生置换反应生成铜，生成铜物质的量等于反应铁的物质的量等于硫酸铜的物质的量；
（5）①根据反应“SO₂+I₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI”，则样品中抗氧化剂的残留量=$\frac{0.01mol/L×0.025L×64g/mol}{0.1000L}$=0.16 g/L；
②若有部分HI被空气氧化又生成I₂，导致消耗标准I₂溶液的体积偏小，则测得结果偏低；

解答 解：（1）装置I中浓硫酸与亚硫酸钠反应产生二氧化硫气体，同时生成硫酸钠和水，化学方程式：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O或Na₂SO₃+2H₂SO₄=2NaHSO₄+SO₂↑+H₂O，该反应是离子反应，实质是2H⁺+SO₃^2--=H₂O+SO₂．硫酸过浓，H+浓度小，不利反应进行；硫酸浓度过小，水就多，生成的SO₂易溶于水，一般情况采用70%的H₂SO₄
，
故答案为：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O或Na₂SO₃+2H₂SO₄=2NaHSO₄+SO₂↑+H₂O，该反应是离子反应，实质是2H⁺+SO₃^2--=H₂O+SO₂．硫酸过浓，H+浓度小，不利反应进行；硫酸浓度过小，水就多，生成的SO₂易溶于水，一般情况采用70%的H₂SO₄；
（2）装置Ⅱ中析出Na₂S₂O₅晶体，通过过滤操作得到该晶体；
故答案为：过滤；
（3）处理过量的SO₂尾气，a项装置瓶口封闭，错误；b项食盐水不能将大量的SO2尾气吸收，错误；c项漏斗口没入了液体中，错误，d项氢氧化钠溶液可吸收SO₂尾气，同时能防倒吸，正确；
故答案为：d；
（4）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+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；    
②鉴别SO₂和CO₂气体需要依据二者性质的不同分析，
a．酸化的Ca（NO₃）₂溶液中通入二氧化硫会发生氧化还原反应生成气体和微溶物硫酸钙，二氧化碳通入不反应，可以鉴别二氧化碳和二氧化硫，故a不符合；
b．二氧化碳和二氧化硫通入澄清石灰水都发生反应分别生成碳酸钙、亚硫酸钙白色沉淀，不能鉴别二氧化碳和二氧化硫，故b符合；   
c．FeCl₃和BaCl₂混合溶液中通入二氧化硫会被氯化铁氧化为硫酸，结合钡离子生成白色沉淀，二氧化碳不反应，故c不符合；
d．亚硫酸、碳酸酸性大于硅酸，二氧化碳和二氧化硫通入Na₂SiO₃溶液都会反应生成硅酸沉淀，不能鉴别二氧化碳和二氧化硫，故d符合；      
e．二氧化硫通入溴水会褪色，二氧化碳不反应，能鉴别二氧化碳和二氧化硫，故e不符合；         
f．二氧化碳、二氧化硫通入CaCl₂溶液都不发生反应，不能鉴别二氧化碳和二氧化硫，故f符合；
故选bdf；
故答案为：bdf；     
③反应生成的二氧化硫物质的量=$\frac{22.4yL}{22.4L/mol}$=ymol，Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，依据硫元素守恒得到生成的硫酸铜物质的量=xmol-ymol，加入铁会和硫酸铜发生置换反应生成铜，Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄，生成铜物质的量等于反应铁的物质的量等于硫酸铜的物质的量，反应的铁物质的量为（x-y）mol，质量=56g/mol×（x-y）mol=56（x-y）g，
故答案为：56（x-y）；
（5）①根据反应“SO₂+I₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI”，则样品中抗氧化剂的残留量=$\frac{0.01mol/L×0.025L×64g/mol}{0.1000L}$=0.16 g/L；
故答案为：0.16；
②若有部分HI被空气氧化又生成I₂，导致消耗标准I₂溶液的体积偏小，则测得结果偏低；
故答案为：偏低．

点评 本题考查SO₂的制取，Na₂S₂O₅含量的测定，实验操作等基础知识，化学方程式计算，物质检验方法分析判断，难度中等，掌握实验原理是解题的关键．