Question

Na₂S₂O₃.5H₂O（俗称海波）是照相业常用的一种试剂．工业上制得的Na₂S₂O₃.5H₂O晶体中可能含有少量的Na₂SO₃和Na₂SO₄杂质．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30.00mL，充分反应后滤出硫，微热滤液使生成的SO₂全部逸出．（已知：Na₂S₂O₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+SO₂↑+S↓+H₂O）
测得有关实验数据如下（标准状况）：

	第一份	第二份	第三份
样品的质量/g	7.540	15.08	35.00
二氧化硫的体积/L	0.6720	1.344	2.688
硫的质量/g	0.8000	1.600	3.200

（已知物质的摩尔质量：Na₂S₂O₃.5H₂O  248g/mol；Na₂SO₃  126g/mol；Na₂SO₄  142g/mol）
（1）计算所用硫酸溶液的物质的量浓度．
（2）分析以上数据，该样品中

 

（填写选项字母）
A．仅含有Na₂S₂O₃?5H₂O
B．含有Na₂S₂O₃?5H₂O 和Na₂SO₃，无Na₂SO₄
C．含有Na₂S₂O₃?5H₂O、Na₂SO₃和Na₂SO₄
（3）若将22.62g该样品和一定量的上述硫酸溶液混合微热．试讨论：当加入硫酸的体积（aL）在不同取值范围时，生成的SO₂体积（bL）的值（可用含a的关系式表示）

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）通过图表数据分析第三组实验数据表明，硫酸完全反应，有关化学方程式为：Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+S↓+SO₂↑+H₂O，可见无论硫酸发生那个反应都有关系式H₂SO₄～SO₂，n（SO₂）=n（H₂SO₄）=

2.688L

22.4L/mol

=0.12mol，c=

n

V

；
（2）n（s）=

3.2g

32g/mol

=0.1mol，则根据化学方程式Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+S↓+SO₂↑+H₂O，可知n（Na₂S₂O₃）=0.1mol，m（Na₂S₂O₃ ?5H₂O）=24.8g，生成二氧化硫气体物质的量为0.1mol，由Na₂SO₃生成的二氧化硫物质的量=0.12mol-0.1mol=0.02mol，n（Na₂SO₃）=0.02mol，m（Na₂SO₃）=0.02mol×126g/mol=2.52g，由于m（Na₂S₂O₃ ?5H₂O）+m（Na₂SO₃）=24.8g+2.52g=27.32g＜35.00g，所以固体中含有Na₂SO₄；
（3）通过图表数据分析第一组实验数据，求出22.62g样品完全反应时放出的SO₂气体，再求出物质的量和硫酸的物质的量，根据硫酸的浓度求出其体积；当硫酸不足时，放出气体体积依据硫酸计算．

解答： 解：（1）通过图表数据分析第三组实验数据表明，硫酸完全反应，有关化学方程式为：Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+S↓+SO₂↑+H₂O，可见无论硫酸发生那个反应都有关系式H₂SO₄～SO₂，n（SO₂）=n（H₂SO₄）=

2.688L

22.4L/mol

=0.12mol，c=

n

V

=

0.12mol

0.03L

=4mol/L；
答：所用硫酸溶液的物质的量浓度4mol/L；
（2）n（s）=0.1mol，则根据化学方程式Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+S↓+SO₂↑+H₂O，可知n（Na₂S₂O₃）=0.1mol，m（Na₂S₂O₃ ?5H₂O）=24.8g，生成二氧化硫气体物质的量为0.1mol，由Na₂SO₃生成的二氧化硫物质的量=0.12mol-0.1mol=0.02mol，n（Na₂SO₃）=0.02mol，m（Na₂SO₃）=0.02mol×126g/mol=2.52g，由于m（Na₂S₂O₃ ?5H₂O）+m（Na₂SO₃）=24.8g+2.52g=27.32g＜35.00g，所以固体中含有Na₂SO₄，则该样品中含有含有Na₂S₂O₃?5H₂O、Na₂SO₃和Na₂SO₄，故C正确；
故答案为：C；
（3）设22.62g样品完全反应时放出的SO₂气体体积为V（SO₂），
则

22.62g

15.08g

=

V(SO2)

1.344L

，解得：V（SO₂）=2.016L，
由于H₂SO₄ ～SO₂
    1mol          22.4L
  n（H₂SO₄）      2.016L
n（H₂SO₄）=

1mol×2.016L

22.4L

=0.09mol，
V（H₂SO₄）=

n

V

=

0.09mol

4mol/L

=0.0225L，
因此当a≥0.0225L时，b=2.016L，
分析第三组数据可知，当硫酸的量不足时，Na₂S₂O₃和Na₂SO₃都有剩余，说明他们是同时与硫酸反应，而没先后次序．
当0＜a＜0.0225L时，
H₂SO₄ ～SO₂
1mol        22.4L
aL×4mol/L   bL

1mol

aL×4mol/L

=

22.4L

bL

，解得：b=89.60aL，
因此当0＜a＜0.0225L时，b=89.60aL
答：0＜a＜0.0225L时，b=89.60aL，a≥0.0225L时，b=2.016L．

点评：本题考查了物质组成的探究分析，数据分析判断，反应产物和反应过程的理解应用，掌握题干信息是解题关键，题目难度较大，侧重于考查学生的分析能力和数据处理能力．