Question

17．硫代硫酸钠又名大苏打，溶液具有弱碱性和较强的还原性，是棉织物漂白后的脱氯剂，定量分析中的还原剂．硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）可由亚硫酸钠和硫粉通过化合反应制得．装置如图所示

已知：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在．
（1）某研究小组设计了制备Na₂S₂O₃•5H₂O的装置和部分操作步骤如下．
步骤1：如图连接后装置后，打开K₁，关闭K₂，将D中导管末端浸入水中，微热烧瓶观察气泡和水柱，检查装置A、C、D气密性；
步骤2：加入药品，打开K₁，关闭K₂，向圆底烧瓶中加入足量浓硫酸，加热；
装置B中的药品可选用下列物质中的AC
A．NaOH溶液   B．浓H₂SO₄   C．酸性KMnO₄溶液    D饱和NaHSO₃溶液
步骤3：C中的混合液被气流搅动，反应一段时间后，硫粉的量逐渐减少．当C中溶液的pH接近7时打开K₂，关闭K₁即停止C中的反应，停止加热．“当C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应”的原因是S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+H₂O+SO₂↑．（用离子方程式表示）
步骤4：过滤C中的混合液，将滤液经过加热浓缩，趁热过滤，再将滤液冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品
（2）Na₂S₂O₃性质的检验，向足量的新制氯水中滴加少量的Na₂S₂O₃溶液，氯水颜色变浅，检查反应后的溶液中有硫酸根，写出该反应的离子方程式S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+8Cl^-+10H⁺；
（3）常用Na₂S₂O₃溶液测定废水中Ba²⁺浓度，步骤如下：取废水25.00mL，控制适当的酸度加入足量K₂Cr₂O₇溶液，得BaCrO₄沉淀；过滤、洗涤后，用适量稀盐酸溶解．此时CrO₄^2-全部转化为Cr₂O₇^2-；再加过量KI溶液，充分反应后，得到混合溶液Vml，将其分成4等分，加入淀粉溶液作指示剂，用0.010mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液进行滴定，相关数据如表所示

编   号	1	2	3	4
消耗Na2S2O3标准溶液的体积/mL	18.02	17.98	18.00	20.03

部分反应的离子方程式为：①Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺═2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；②I₂+2S₂O₃^2-═S₄O₆^2-+2I^-
判断达到滴定终点的现象是当滴入最后一滴Na₂S₂O₃时，溶液蓝色消失且半分钟不变色．
废水中Ba²⁺的物质的量浓度为0.0024mol/L．

Answer 1

分析 在加热条件下，铜和浓硫酸发生氧化还原反应生成二氧化硫，所以A中发生的反应为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；打开K₁，关闭K₂，在C中Na₂CO₃和S、SO₂反应生成Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，所以酸性条件下不能存在，二氧化硫不能完全反应且二氧化硫有毒，会污染空气，所以用NaOH吸收未反应的SO₂；C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应，打开K₂，关闭K₁，二氧化硫有毒，应该用B中溶液吸收二氧化硫，二氧化硫属于酸性氧化物，且有还原性，所以可以碱性物质或氧化性物质吸收二氧化硫；
（1）装置B的作用是吸收二氧化硫，二氧化硫具有还原性且是酸性氧化物，可以用碱性物质或氧化性物质吸收二氧化硫；
Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，酸性条件下不能存在；
（2）向足量的新制氯水中滴加少量的Na₂S₂O₃溶液，氯水颜色变浅，且溶液中有硫酸根离子生成，说明二者发生氧化还原反应，则氯气被还原生成氯离子；
（3）判断达到滴定终点的现象是滴入最后一滴Na₂S₂O₃时，溶液蓝色消失且半分钟不变色；
BaCrO₄用盐酸溶解转化为Cr₂O^2-₇，由元素守恒及已知方程式可得关系式：2Ba²⁺～2BaCrO₄～Cr₂O₇^2-～3I₂～6Na₂S₂O₃，结合消耗的Na₂S₂O₃利用关系式计算溶液中n（Ba²⁺），进而计算c（Ba²⁺）．

解答 解：在加热条件下，铜和浓硫酸发生氧化还原反应生成二氧化硫，所以A中发生的反应为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；打开K₁，关闭K₂，在C中Na₂CO₃和S、SO₂反应生成Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，所以酸性条件下不能存在，二氧化硫不能完全反应且二氧化硫有毒，会污染空气，所以用NaOH吸收未反应的SO₂；C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应，打开K₂，关闭K₁，二氧化硫有毒，应该用B中溶液吸收二氧化硫，二氧化硫属于酸性氧化物，且有还原性，所以可以碱性物质或氧化性物质吸收二氧化硫；
（1）装置B的作用是吸收二氧化硫，二氧化硫具有还原性且是酸性氧化物，可以用碱性物质或氧化性物质吸收二氧化硫，NaOH具有碱性、酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，所以NaOH和酸性高锰酸钾溶液都能吸收二氧化硫，则B中物质是NaOH或酸性高锰酸钾溶液；
Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，酸性条件下不能存在，反应离子方程式为S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+H₂O+SO₂↑，
故答案为：AC；S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+H₂O+SO₂↑；
（2）向足量的新制氯水中滴加少量的Na₂S₂O₃溶液，氯水颜色变浅，且溶液中有硫酸根离子生成，说明二者发生氧化还原反应，则氯气被还原生成氯离子，离子方程式为S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+8Cl^-+10H⁺，故答案为：S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+8Cl^-+10H⁺；
（3）判断达到滴定终点的现象是滴入最后一滴Na₂S₂O₃时，溶液蓝色消失且半分钟不变色；
4号使用的溶液体积与其它几组相比偏差较大，所以舍去，使用溶液平均体积=$\frac{18.02+17.98+18.00}{3}$mL=0.018L；
由题意可知，BaCrO₄用盐酸溶解转化为Cr₂O₇^2-，由元素守恒及已知方程式可得关系式：2Ba²⁺～2BaCrO₄～Cr₂O^2-₇～3I₂～6Na₂S₂O₃，消耗的Na₂S₂O₃为0.018L×0.01mol/L，则n（Ba²⁺）=0.018L×0.01mol/L×$\frac{1}{3}$=0.00006mol，故溶液中c（Ba²⁺）=$\frac{1}{3}$$\frac{6×1{0}^{-5}mol}{0.025L}$=0.0024mol/L，
故答案为：当滴入最后一滴Na₂S₂O₃时，溶液蓝色消失且半分钟不变色；0.0024mol/L．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高频考点，涉及物质制备、物质的量的计算、离子方程式书写、基本操作等知识点，明确实验原理及物质性质是解本题关键，注意（3）题计算时4号要舍去，为易错点．