Question

5．工业上常利用含硫废水生产海波Na₂S₂O₃•5H₂O，实验室可用如下装置（略去部分夹持仪器）模拟生产过程．

烧瓶C中发生反应如下：
Na₂S+H₂O+SO₂=Na₂SO₃+H₂S               （Ⅰ）
2H₂S+SO₂=3S+2H₂O                     （Ⅱ）
S+Na₂SO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃                   （Ⅲ）
（1）仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变，则整个装置气密性良好．装置D的作用是防止倒吸．装置E中为NaOH溶液．
（2）为提高产品纯度，应使烧瓶C中Na₂S和Na₂SO₃恰好完全反应，则烧瓶C中Na₂S和Na₂SO₃物质的量之比为2：1．
（3）装置B的作用之一是观察SO₂的生成速率，其中的液体最好选择c．
a．蒸馏水 b．饱和Na₂SO₃溶液c．饱和NaHSO₃溶液 d．饱和NaOH溶液
（4）反应终止后，烧瓶C中的溶液经蒸发浓缩即可析出Na₂S₂O₃•5H₂O，其中可能含有Na₂SO₃、Na₂SO₄等杂质．利用所给试剂（稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl₂溶液、AgNO₃溶液）设计实验，检测产品中是否存在Na₂SO₄，简要说明实验操作，现象和结论：取少量产品溶于足量稀盐酸，静置，取上层清液（或过滤，取滤液），滴加BaCl₂溶液，若出现沉淀则说明含有Na₂SO₄杂质．
已知Na₂S₂O₃•5H₂O遇酸易分解：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O
（5）为了测定某海波样品的成分，称取三份质量不同的该样品，分别加入相同浓度的硫酸溶液20mL，充分反应后滤出硫，微热滤液使生成的SO₂全部逸出．
测得有关实验数据如表（标准状况）：

	第一份	第二份	第三份
样品的质量/g	12.60	18.90	28.00
二氧化硫的体积/L	1.12	1.68	2.24

所用硫酸溶液中溶质的物质的量浓度为5mol/L．

Answer 1

分析 （1）液柱高度保持不变，说明气密性良好；D中左侧为短导管，为安全瓶，防止倒吸；装置E起到吸收尾气中SO₂、H₂S的作用；
（2）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；
（3）SO₂易溶于水，能与Na₂SO₃溶液、NaHCO₃溶液反应，但在NaHSO₃溶液中溶解度较小；
（4）加入盐酸，Na₂S₂O₃反应生成S沉淀，所以静置后取上层清液，滴加BaCl₂溶液，检验溶液中是否含有硫酸根离子；
（5）硫酸的用量一定，由上述二氧化硫的体积可知，第一份、第二份中海波样品完全反应，生成2.24LL二氧化硫需要海波质量为12.6g×$\frac{2.24L}{1.12L}$=25.2g＜28.00，故第三份中硫酸不足，结合反应：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O计算硫酸的物质的量，进而计算硫酸的物质的量浓度．

解答 解：（1）仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变，则气密性良好；D中左侧为短导管，为安全瓶，防止倒吸；装置E起到吸收尾气中SO₂、H₂S的作用，可选用NaOH溶液，
故答案为：液柱高度保持不变；防止倒吸；NaOH；
（2）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Na₂SO₃物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1；
（3）SO₂易溶于水，能与Na₂SO₃溶液、NaHCO₃溶液反应，但在NaHSO₃溶液中溶解度较小，故选：c；
（4）检测产品中是否存在Na₂SO₄的实验方案为：取少量产品溶于足量稀盐酸、静置、取上层清液（或过滤，取滤液）、滴加BaCl₂溶液，若出现沉淀则说明含有Na₂SO₄杂质，
故答案为：取少量产品溶于足量稀盐酸、静置、取上层清液（或过滤，取滤液）、滴加BaCl₂溶液，若出现沉淀则说明含有Na₂SO₄杂质；
（5）硫酸的用量一定，由上述二氧化硫的体积可知，第一份、第二份中海波样品完全反应，生成2.24LL二氧化硫需要海波质量为12.6g×$\frac{2.24L}{1.12L}$=25.2g＜28.00，故第三份中硫酸不足，生成二氧化硫的物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，结合反应：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O，可知n（H⁺）=2n（SO₂）=0.2mol，故n（H₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（H⁺）=0.1mol，则硫酸的物质的量浓度为$\frac{0.1mol}{0.02L}$=5mol/L，
故答案为：5mol/L．

点评 本题考查实验方案的分析与评价，涉及气密性检验、离子检验、对操作的分析评价、化学计算等，侧重实验分析能力及知识综合应用能力的考查，（2）为易错点，可以利用总反应的分析，题目难度中等．