Question

15．已知亚硫酸（H₂SO₃）为中强酸，某化工厂设计以下流程制备Na₂SO₃产品（图1）．
（1）反应Ⅰ中碳酸钠溶液与二氧化硫发生反应，有关组分的质量分数变化如图2所示．
①图中曲线2、3表示的组分分别为NaHCO₃、Na₂SO₃．（填化学式）
②图中M点之后发生反应的离子方程式为SO₂+SO₃^2-=2HSO₃^-．
（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%为优等品，≥93.0%为一等品．为了确定实验所得产品的等级，研究小组采用了以下方法进行测定：称取2.64g产品，用蒸馏水溶解，加入足量双氧水使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄，再加入盐酸酸化的BaCl₂溶液，当溶液中SO₄^2-恰好完全沉淀，将所得沉淀进行过滤、洗涤、干燥后称量，称得质量为4.66g，则产品中Na₂SO₃的质量分数为95.45%．（不考虑产品中Na₂SO₄的影响）

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）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；
②M点之后发生反应的方程式为：SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃；
（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）称取2.64g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．

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）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、Na₂SO₃；
②图中M点之后发生反应的方程式为SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，
故答案为：SO₂+SO₃^2-=2HSO₃^-；
（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）Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O，Na₂SO₄+BaCl₂=2NaCl+BaSO₄↓
m（BaSO₄）=4.660g，
n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.020mol，
则经氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，
不考虑产品中Na₂SO₄的影响，则n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126 g/mol=2.52g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.52g}{2.64g}$×100%≈95.45%，
故答案为：95.45%．

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．