Question

1．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1．

已知：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在，有关物质的溶解度曲线如图2所示．
（1）Na₂S₂O₃•5H₂O的制备：
步骤1：打开K₁、关闭K₂，向圆底烧瓶中加入足量浓硫酸并加热．写出烧瓶内发生反应的化学方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）═CuSO₄+SO₂↑+2H₂O
步骤2：C 中混合液被气流搅动，反应一段时间后，硫粉的量逐渐减少．当C中溶液的pH＜7时，打开K₂、关闭K₁并停止加热，理由是Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在装置B、D的作用是吸收多余SO₂，防止污染环境
步骤3：过滤C中的混合液，将滤液经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品．
（2）Na₂S₂O₃性质的检验：向新制氯水中加入Na₂S₂O₃溶液，氯水颜色变浅，再向溶液中滴加硝酸银溶液，观察到有白色沉淀产生，据此认为Na₂S₂O₃具有还原性．该方案是否正确并说明理由不能，氯水中本身就含少量的Cl^-，也能与Ag⁺形成AgCl沉淀
（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，加入淀粉溶液作指示剂，用0.010mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液进行滴定，反应完全时，消耗Na₂S₂O₃溶液18.00mL．部分反应的离子方程式为
①Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺═2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；
②I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-．
则该废水中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）A中发生的反应为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，酸性条件下不能存在；从溶液中获得晶体，需要加热浓缩，趁热过滤，再将滤液冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品；根据溶解度曲线图可知趁热过滤的原因是防止硫代硫酸钠结晶析出；
（2）氯水中含有氯离子，影响实验结果的判断；
（3）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：（1）步骤1：A中发生的反应为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）═CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
步骤2：Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，酸性条件下不能存在，当C中pH小于7时，打开K₂、关闭K₁并停止加热，装置B、D的作用是进行尾气处理，防止尾气中二氧化硫污染空气，
故答案为：＜7；Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在； 吸收多余SO₂，防止污染环境；
步骤3：从溶液中获得晶体，需要加热浓缩，趁热过滤，再将滤液冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品，根据溶解度曲线图可知碳酸钠随温度升高溶解度降低从而析出，硫代硫酸钠的溶解度随温度升高而增大，趁热过滤可除掉碳酸钠晶体，
故答案为：加热浓缩；冷却结晶；
（2）向新制氯水中加入Na₂S₂O₃溶液，氯水颜色变浅，可发生氧化还原反应，但氯水中含有氯离子，不能用加入硝酸银溶液的方法检验，
故答案为：不能，氯水中本身就含少量的Cl^-，也能与Ag⁺形成AgCl沉淀；
（3）由题意可知，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～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⁺）=$\frac{0.00006mol}{0.025L}$=0.0024mol/L，
故答案为：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，题目难度中等．