Question

【题目】优化反应条件是研究化学反应的重要方向。

（1）以硫代硫酸钠与硫酸的反应Na2S2O3 + H2SO4= Na2SO4 + SO2+ S↓ + H2O为例，探究外界条件对化学反应速率的影响，实验方案如下表所示。

实验 序号	Na2S2O3溶液		H2SO4溶液		蒸馏水	温度/℃
	浓度/(mol/L)	体积/mL	浓度/(mol/L)	体积/mL	体积/mL
I	0.1	1.5	0.1	1.5	10	20
II	0.1	2.5	0.1	1.5	9	a
III	0.1	b	0.1	1.5	9	30

①表中，a为________________________，b为________________。

②实验表明，实验III的反应速率最快，支持这一结论的实验现象为_________________________。

（2）硫代硫酸钠可用于从含氧化银的矿渣中浸出银，反应如下：Ag2O + 4S2O32- + H2O 2[Ag(S2O3)2]3- + 2OH-，实际生产中，为了提高银的浸出率需要调节pH的范围为8.5~9.5，解释其原因________

（3）工业上常用空气催化氧化法除去电石渣浆（含CaO）上清液中的S2-，并制取石膏（CaSO4·2H2O），其中的物质转化过程如下图所示。

①过程I、II中，起催化剂作用的物质是_______________。

②过程II中，反应的离子方程式为_________。

③根据物质转化过程，若将10 L上清液中的S2-转化为SO42-（S2-浓度为320 mg/L），理论上共需要标准状况下的O2的体积为___________L。

Answer 1

【答案】20 2.5 实验III中出现浑浊所需时间最短 若pH小于8.5，c(H+)增大，H+与S2O32-反应使c(S2O32-)减小，不利于反应正向进行，浸出率下降；若pH大于9.5，c(OH-)增大，不利于反应正向进行，浸出率下降 Mn(OH)2 4MnO32- +2S2- + 9H2O = S2O32- + 4Mn(OH)2↓ + 10OH- 4.48

【解析】

（1）①探究反应速率的影响遵循控制变量的思想，实验I和实验II中溶液的体积不同，则温度应相同，则a为20，实验II和实验III，温度不同，则其他变量应相同，则b为2.5，

答案为：20；2.5；

②根据反应Na2S2O3 + H2SO4= Na2SO4 + SO2+ S↓ + H2O可知，通过实验现象能表现出反应快慢的现象是产生硫沉淀的速度，硫沉淀出现越快表明反应速率越快，能表明实验III的反应速率最快的实验现象为出现浑浊所需时间最短，

答案为：实验III中出现浑浊所需时间最短；

（2）根据Ag2O + 4S2O32- + H2O 2[Ag(S2O3)2]3- + 2OH-为可逆反应，若pH小于8.5，c(H+)增大，H+与S2O32-反应使c(S2O32-)减小，不利于反应正向进行，浸出率下降；若pH大于9.5，c(OH-)增大，不利于反应正向进行，浸出率下降，

答案为：若pH小于8.5，c(H+)增大，H+与S2O32-反应使c(S2O32-)减小，不利于反应正向进行，浸出率下降；若pH大于9.5，c(OH-)增大，不利于反应正向进行，浸出率下降；

（3）①根据过程I、II中的转化关系，起催化剂作用的物质是Mn(OH)2，

答案为：Mn(OH)2；

②根据转化关系图，过程II中S2-与MnO32-生成S2O32-和Mn(OH)2，根据氧化还原反应得失电子守恒和物料守恒，反应的离子方程式为4MnO32- +2S2- + 9H2O = S2O32- + 4Mn(OH)2↓ + 10OH-，

③10 L上清液中的S2-的物质的量==0.1mol，根据物质转化过程，S2-转化为S2O32-过程中需要消耗氧气，S2O32-转化为SO42-也需要消耗氧气，0.1mol S2-转化为S2O32-时，硫元素的化合价由-2价变为+2，共失去0.1mol×4=0.4mol电子；氧气转变为水时氧元素由0价变为-2价，即1mol氧气转移4mol电子，根据电子得失守恒，得到0.4mol电子需要氧气的物质的量==0.1mol；根据反应4MnO32- +2S2- + 9H2O = S2O32- + 4Mn(OH)2↓ + 10OH-，0.1mol S2-参与反应生成S2O32-的物质的量=×0.1mol=0.05mol，0.05mol S2O32-转化为SO42-，硫元素的化合价由+2价变为+6价，共失去0.05mol×2×4=0.4mol电子，氧气由0价变为-2价，即1mol氧气转移4mol电子，根据电子得失守恒，得到0.4mol电子需要氧气的物质的量==0.1mol；则上清液中的S2-转化为SO42-过程中一共需要氧气的物质的量=0.1mol+0.1mol=0.2mol，标准状况下的O2的体积=0.2mol×22.4L/mol=4.48L，

答案为：4.48。