Question

16．硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）可由亚硫酸钠和硫粉通过化合反应制得：Na₂SO₃+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃，常温下溶液中析出晶体为Na₂S₂O₃?5H₂O．Na₂S₂O₃•5H₂O于40～45℃熔化，48℃分解；Na₂S₂O₃易溶于水，不溶于乙醇．在水中有关物质的溶解度曲线如图2所示．
Ⅰ．现按如下方法制备Na₂S₂O₃•5H₂O：
将硫化钠和碳酸钠按反应要求比例一并放入三颈烧瓶中，注入150mL蒸馏水使其溶解，在分液漏斗中，注入酸，在装置2中加入亚硫酸钠固体，并按如图安装好装置．

（1）仪器2的名称为蒸馏烧瓶，装置6的作用是吸收尾气中的二氧化硫．
（2）分液漏斗1中加入的酸最好是D
A．浓硝酸      B．浓盐酸   C.18.4mol/L硫酸   D．中等浓度的硫酸
（3）打开分液漏斗活塞，注入酸使反应产生的二氧化硫气体较均匀的通入Na₂S和Na₂CO₃的混合溶液中，并用磁力搅拌器搅动并加热，反应原理为：
Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂      Na₂S+SO₂+H₂O=Na₂SO₃+H₂S
2H₂S+SO₂=3S↓+2H₂O            Na₂SO₃+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃
①为提高产品纯度，应使三颈烧瓶中Na₂S和Na₂CO₃恰好完全反应，则其中Na₂S和Na₂CO₃物质的量之比为2：1．
②随着二氧化硫气体的通入，看到溶液中有大量浅黄色固体析出，继续通二氧化硫气体，反应约半小时．当溶液中pH接近或不小于7时，即可停止通气和加热．溶液pH要控制不小于7理由是S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂+H₂O
（用离子方程式表示）．
Ⅱ．分离Na₂S₂O₃•5H₂O并标定溶液的浓度：
反应混合液活性炭脱色$\stackrel{操作①}{→}$滤液$\stackrel{蒸发浓缩}{→}$$\stackrel{冷却结晶}{→}$$\stackrel{操作②}{→}$粗晶体
（4）为减少产品的损失，操作①为趁热过滤，操作②是抽滤洗涤干燥，其中洗涤操作是用乙醇（填试剂）作洗涤剂．
（5）蒸发浓缩滤液直至溶液呈微黄色浑浊为止，蒸发时为什么要控制温度不宜过高温度过高会导致析出的晶体分解
（6）制得的粗晶体中往往含有少量杂质．为了测定粗产品中Na₂S₂O₃的含量，一般采用在酸性条件下用高锰酸钾标准液滴定的方法（假定粗产品中杂质不与酸性高锰酸钾溶液反应）．称取1.28g粗产品溶于水，用0.40mol/L硫酸酸化的KMnO₄溶液滴定，当溶液中Na₂S₂O₃全部被氧化成Na₂SO₄时，消耗KMnO₄溶液20.00mL．
①滴定终点的现象是溶液由无色变为浅红色，半分钟内不褪色
②若滴定前尖嘴有气泡，滴定后尖嘴无气泡，则滴定结果偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）
③粗产品中Na₂S₂O₃的质量分数为61.7%．

Answer 1

分析 （1）根据仪器2的构造及使用方法写出其名称；二氧化硫属于有毒气体，要进行尾气处理；
（2）制备二氧化硫用中等浓度的硫酸；
（3）①根据题目所给3个反应，可得出对应关系：2Na₂S～2H₂S～3S～3 Na₂SO₃，2Na₂S反应时同时生成2Na₂SO₃，还需要1Na₂SO₃；
②根据酸性条件下硫代硫酸钠与氢离子反应生成二氧化硫和硫单质分析；
（4）操作①的目的是分离出用于吸收有色杂质的活性炭，则该操作为过滤，由于常温下溶液中析出晶体Na₂S₂O₃•5H₂O，为了避免产品损失，需要趁热过滤；Na₂S₂O₃易溶于水，不溶于乙醇，为了减少损失，可以用乙醇为洗涤剂；
（5）根据“Na₂S₂O₃•5H₂O于40～45℃熔化，48℃分解”分析蒸发时要控制温度不宜过高的原因；
（5）①反应结束前溶液为无色，反应结束后溶液中高锰酸根离子过量，溶液变为浅红色；
②若滴定前尖嘴有气泡，滴定后尖嘴无气泡，则从滴定管中读出来的高锰酸钾溶液的体积偏大，据此分析；
③根据n=cV计算出1.28g样品消耗的高锰酸钾的物质的量，根据根据反应计算出样品中含有Na₂S₂O₃•5H₂O的物质的量，再根据质量分数的表达式计算出产品中Na₂S₂O₃的质量分数．

解答 解：（1）根据图示装置可知，仪器2的名称为蒸馏烧瓶；二氧化硫属于有毒气体，要进行尾气处理，所以装置6的作用是吸收尾气中的二氧化硫，防止污染空气，
故答案为：蒸馏烧瓶；吸收尾气中的二氧化硫；
（2）二氧化硫易溶于水，所以不能用稀酸，浓硫酸中氢离子浓度很小，不利于与亚硫酸钠固体反应，所以制备二氧化硫用中等浓度的硫酸；
故答案为：D；
（3）①根据题目所给3个反应，可得出对应关系：2Na₂S～2H₂S～3S～3 Na₂SO₃，2Na₂S反应时同时生成2Na₂SO₃，还需要1Na₂SO₃，所以烧瓶C中Na₂S和Na₂CO₃物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1；
②当溶液pH＜7时，溶液显示酸性，会发生反应：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂+H₂O，所以Na₂S₂O₃在酸性环境中不能稳定存在，应该时溶液的pH不小于7，
故答案为：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂+H₂O；
（4）常温下溶液中析出晶体为Na₂S₂O₃•5H₂O，Na₂S₂O₃•5H₂O于40～45℃熔化，为了避免析出Na₂S₂O₃•5H₂O导致产率降低，所以操作①过滤出活性炭时需要趁热过滤；洗涤晶体时为减少晶体损失，减少Na₂S₂O₃•5H₂O的溶解，依据Na₂S₂O₃易溶于水，不溶于乙醇的性质选择乙醇洗涤，且洗涤后乙醇易挥发，不引入新的杂质，
故答案为：趁热过滤；乙醇；
（5）由于Na₂S₂O₃•5H₂O于40～45℃熔化，48℃分解，所以蒸发时温度过高会导致析出的晶体分解，降低了产率，
故答案为：温度过高会导致析出的晶体分解；
（5）①依据标定的原理可知，反应结束前溶液为无色，反应结束后溶液中高锰酸根离子过量，溶液变为浅红色，所以滴定终点的现象为：溶液由无色变为浅红色，半分钟内不褪色，
故答案为：溶液由无色变为浅红色，半分钟内不褪色； 
②若滴定前尖嘴有气泡，滴定后尖嘴无气泡，则从滴定管中读出来的高锰酸钾溶液的体积偏大，所以根据高锰酸钾溶液体积计算出来的Na₂S₂O₃的质量分数也偏大，
故答案为：偏大；
③20mL 0.40mol/L KMnO₄溶液中含有高锰酸钾的物质的量为：n（KMnO₄）=0.40mol/L×0.02L=0.008mol，
根据反应5S₂O₃^2-+8MnO₄^-+14H⁺═8Mn²⁺+10SO₄^2-+7H₂O可知，1.28g的粗样品含有Na₂S₂O₃•5H₂O的物质的量为：n（Na₂S₂O₃•5H₂O）=n（S₂O₃^2-）=$\frac{5}{8}$×n（KMnO₄）=0.005mol，
产品中Na₂S₂O₃的质量分数为：$\frac{158g/mol×0.005mol}{1.28g}$×100%=61.7%，
故答案为：61.7%．

点评 本题通过Na₂S₂O₃的制备，考查了物质性质实验方案设计方法，为高考的高频题，难度中等，正确理解题干信息明确制备原理为解答此类题的关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力，是一道质量较高的题目．