Question

6．亚硫酸钠在印染、造纸等众多行业中有着广泛的应用．研究小组用Na₂CO₃溶液吸收SO₂制备Na₂SO₃．其实验流程如图1

查阅资料可知，向碳酸钠溶液通入二氧化硫的过程中，溶液中有关组分的质量分数变化如图2是所示．
（1）图2中的线2表示的组分为NaHCO₃（填化学式）
（2）实验时，“反应II”中加入NaOH溶液的目的是NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要）（用化学方程式表示）
（3）国家标准规定产品中Na₂SO₃的质量分数≥97.0%为优等品，≥93.0%为一等品．为了确定实验所得产品的等级，研究小组采用了两种方法进行测定．
①方法I：称取2.570g产品，用蒸馏水溶解，加入足量的双氧水使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄，再加入过量的BaCl₂溶液，所得沉淀经过过滤、洗涤、干燥后称量，质量为4.660g，通过计算确定产品中Na₂SO₃的质量分数m（BaSO₄）=4.660g，n（BaSO₄）=$\frac{4.660g}{233g/mol}$=0.020mol，则经氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，m（Na₂SO₄）=0.020mol×142g/mol=2.840g，根据差量法，原混合物中的Na₂SO₃：n（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$，m（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$×126g/mol=2.12625g，w（Na₂SO₃）=$\frac{2.1262g}{2.570g}$×100%≈82.73%．
如若不考虑杂质，则n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126g/mol=2.520g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.520g}{2.570g}$×100%≈98.05%．（写出计算过程）
②方法II：称取1.326g产品，配成100mL溶液，取25.00mL该溶液，滴加0.1250mol/L I₂溶液，恰好使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄时，消耗I₂溶液20.00mL．通过计算确定产品中Na₂SO₃的质量分数n（Na₂SO₃）=n（I₂）=20.00mL×10^-3L/mL×0.1250mol/L=0.0025mol，m（Na₂SO₃）=0.0025mol×126g/mol×$\frac{100ml}{2500ml}$=1.260g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{1.260g}{1.326g}$×100%≈95.02%．（写出计算过程）
③判断Na₂SO₃产品的等级，并说明理由方案I中的产品为优等品，方案II中的产品为一等品．但是方案I产品中含有的硫酸钠和碳酸钠等杂质，在方案I的测定中，硫酸钠和碳酸钠杂质对测定有干扰，而方案II是直接测定亚硫酸钠，可信度和精确度都要更高一些．

Answer 1

分析 碳酸钠溶液中通入二氧化硫依次发生的反应为Ⅰ：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃，2NaHCO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，反应Ⅱ是加入氢氧化钠溶液发生反应：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要），SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），得到亚硫酸钠溶液蒸发浓缩、冷却结晶过滤洗涤得到Na₂SO₃．
（1）依据反应过程和图象曲线变化可知，图象3表示的是亚硫酸钠，图象2表示的是碳酸氢钠；
（2）“反应II”中加入NaOH溶液的目的是和亚硫酸氢钠反应得到亚硫酸钠；
（3）①方法I称取2.570g产品，用蒸馏水溶解，加入足量的双氧水使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄，再加入过量的BaCl₂溶液，所得沉淀经过过滤、洗涤、干燥后称量，质量为4.660g，为硫酸钡沉淀质量，反应为：Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O，Na₂SO₄+BaCl₂=2NaCl+BaSO₄↓，结合硫酸钡物质的量，硫元素守恒计算；
②方法II：称取1.326g产品，配成100mL溶液，取25.00mL该溶液，滴加0.1250mol/L I₂溶液，恰好使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄时，消耗I₂溶液20.00mL，发生的反应为Na₂SO₃+I₂+H₂O=Na₂SO₄+2H I，计算亚硫酸钠质量得到质量分数；
③判断Na₂SO₃产品的等级，产品中Na₂SO₃的质量分数≥97.0%为优等品，≥93.0%为一等品；

解答 解；碳酸钠溶液中通入二氧化硫依次发生的反应为Ⅰ：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃，2NaHCO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，反应Ⅱ是加入氢氧化钠溶液发生反应：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要），SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），得到亚硫酸钠溶液蒸发浓缩、冷却结晶过滤洗涤得到Na₂SO₃．
（1）依据反应过程和图象曲线变化可知，图象3表示的是亚硫酸钠，线2表示的组分为NaHCO₃，故
答案为：NaHCO₃；
（2）“反应II”中加入NaOH溶液的目的是和亚硫酸氢钠反应得到亚硫酸钠，反应的化学方程式为：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）； SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），
故答案为：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）； SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要）；
（3）①方法I：Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O，Na₂SO₄+BaCl₂=2NaCl+BaSO₄↓
m（BaSO₄）=4.660g，
n（BaSO₄）=$\frac{4.660g}{233g/mol}$=0.020mol，
则经氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₄）=0.020mol×142g/mol=2.840g，
根据差量法，原混合物中的Na₂SO₃：
n（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$，
m（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$×126 g/mol=2.12625g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.1262g}{2.570g}$×100%≈82.73%．
如若不考虑杂质，则n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126 g/mol=2.520g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.520g}{2.570g}$×100%≈98.05%，
故答案为：m（BaSO₄）=4.660g，
n（BaSO₄）=$\frac{4.660g}{233g/mol}$=0.020mol，
则经氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₄）=0.020mol×142g/mol=2.840g，
根据差量法，原混合物中的Na₂SO₃：
n（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$，
m（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$×126 g/mol=2.12625g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.1262g}{2.570g}$×100%≈82.73%．
如若不考虑杂质，则n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126 g/mol=2.520g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.520g}{2.570g}$×100%≈98.05%，
②方法II：Na₂SO₃+I₂+H₂O=Na₂SO₄+2H I
n（Na₂SO₃）=n（I₂）=20.00mL×10^-3L/mL×0.1250mol/L=0.0025mol，
m（Na₂SO₃）=0.0025mol×126 g/mol×$\frac{100ml}{2500ml}$=1.260g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{1.260g}{1.326g}$×100%≈95.02%，
故答案为：n（Na₂SO₃）=n（I₂）=20.00mL×10^-3L/mL×0.1250mol/L=0.0025mol，
m（Na₂SO₃）=0.0025mol×126 g/mol×$\frac{100ml}{2500ml}$=1.260g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{1.260g}{1.326g}$×100%≈95.02%，
③国家标准规定产品中Na₂SO₃的质量分数≥97.0%为优等品，≥93.0%为一等品，方案I中Na₂SO₃的质量分数≥97.0%为优等品，方案II中的产品，Na₂SO₃的质量分数≥93.0%为一等品，但是方案I产品中含有的硫酸钠和碳酸钠等杂质，在方案I的测定中，硫酸钠和碳酸钠杂质对测定有干扰，而方案II是直接测定亚硫酸钠，可信度和精确度都要更高一些，
故答案为：方案I中的产品为优等品，方案II中的产品为一等品．但是方案I产品中含有的硫酸钠和碳酸钠等杂质，在方案I的测定中，硫酸钠和碳酸钠杂质对测定有干扰，而方案II是直接测定亚硫酸钠，可信度和精确度都要更高一些．

点评 本题考查了无机物制备流程、反应原理及其物质组成的实验测定和含量计算应用，题目难度中等．