Question

14．连二亚硫酸钠（Na₂S₂O₄）俗称保险粉，是一种强还原剂，广泛用于纺织工业．
（1）在一定温度下，将足量SO₂气体通入甲酸（HCOOH）和NaOH混合溶液中，即有保险粉生成同时生成一种气体．该反应的化学方程式为2NaOH+HCOOH+2SO₂=Na₂S₂O₄+CO₂+2H₂O．
（2）保险粉可用于除去废水中的重铬酸根离子（Cr₂O₇^2-被转化为Cr³⁺），这是目前除去酸性废水中铬离子的有效方法之一，则每消耗0.2mol保险粉，理论上可除去Cr₂O₇^2-的物质的量为0.2mol
（3）Na₂S₂O₄溶液在空气中易被氧化，某课题小组测定0.050mol•L^-1Na₂S₂O₄溶液在空气pH变化如下图1；

①0-t₁段主要生成HSO₃^-，根据pH变化图，推测0-t₁发生反应的离子方程式为2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-；
②t₃时溶液中主要阴离子是SO₄^2-，t₂-t₃阶段pH变小的主要原因是HSO₃^-空气中被氧化为硫酸，氢离子浓度增大．
③若t₁时溶液中Na₂S₂O₄全部被氧化成NaHSO₃，此时溶液中c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）=10^-5-10^-9mol•L^-1（填准确值，不考虑溶液体积变化）．
（4）利用图2所示装置（电极均为惰性电极）也可使NaHSO₃转化为Na₂S₂O₄，并获得较浓的硫酸．
①a为电源的正极（填“正极”或“负极”）；
②阴极的电极反应式为2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）SO₂气体通入甲酸钠的碱性溶液可以生成Na₂S₂O₄，根据元素守恒和电子得失守恒写化学方程式；
（2）根据电子得失守恒可知，保险粉与重铬酸根离子反应的关系式为Cr₂O₇^2-～Na₂S₂O₄，据此计算；
（3）①Na₂S₂O₄溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠，结合电荷守恒和原子守恒书写离子方程式；
②t₃时溶液的pH=1，说明溶液的酸性较强，因此亚硫酸氢钠被氧化为硫酸氢钠；t₂-t₃阶段pH变小是氢离子浓度增大，说明是亚硫酸氢根离子被氧化为硫酸；
③若t₁时溶液中Na₂S₂O₄全部被氧化成NaHSO₃，溶液中电荷守恒和物料守恒计算得到；
（4）①NaHSO₃转化为Na₂S₂O₄，元素化合价降低，亚硫酸氢钠做氧化剂得到电子发生还原反应，b电极为电源的负极，亚硫酸氢钠变化为硫酸，元素化合价升高失电子发生氧化反应，则a电极为电源的正极，
②阴极是亚硫酸氢钠被还原为Na₂S₂O₄，结合电荷守恒和原子守恒分析书写电极反应；

解答 解：（1）SO₂气体通入甲酸钠的碱性溶液可以生成Na₂S₂O₄，反应的化学方程式为：2NaOH+HCOOH+2SO₂=Na₂S₂O₄+CO₂+2H₂O，
故答案为：2NaOH+HCOOH+2SO₂=Na₂S₂O₄+CO₂+2H₂O；
（2）根据电子得失守恒可知，保险粉与重铬酸根离子反应的关系式为Cr₂O₇^2-～Na₂S₂O₄，所以每消耗0.2mol保险粉，理论上可以除去Cr₂O₇^2-的物质的量为0.2mol，
故答案为：0.2；
（3）①Na₂S₂O₄溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠，则0～t₁段发生离子反应方程式为：2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-．
故答案为：2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-；
②t₃时溶液的pH=1，说明溶液的酸性较强，因此亚硫酸氢钠被氧化为硫酸氢钠，则溶液中主要阴离子符号是SO₄^2-，
故答案为：SO₄^2-；
③若t₁时溶液中Na₂S₂O₄全部被氧化成NaHSO₃，溶液中电荷守恒为：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH-）+2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），物料守恒为：c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃），带入计算得到c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）=c（H⁺）-c（OH^-）=10^-5-10^-9，
故答案为：10^-5-10^-9；
（4）①NaHSO₃转化为Na₂S₂O₄，元素化合价降低，亚硫酸氢钠做氧化剂得到电子发生还原反应，b电极为电源的负极，亚硫酸氢钠变化为硫酸，元素化合价升高失电子发生氧化反应，则a电极为电源的正极，
故答案为：正极；
②阴极是亚硫酸氢钠在酸性溶液中被还原为Na₂S₂O₄，结合电荷守恒和原子守恒分析书写电极反应为：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O
故答案为：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；

点评 本题考查氧化还原反应、水解反应、物质制备和检验实验设计与探究，涉及对反应原理、装置及操作的分析评价、离子方程式的书写等，注意对物质性质信息的应用，难度中等．