Question

11．连二亚硫酸钠（Na₂S₂O₄），有极强的还原性．受热、遇水都会发生分解反应放出大量的热，甚至引起燃烧．不溶于乙醇，可溶于氢氧化钠水溶液并稳定存在．
（1）锌粉法是制备Na₂S₂O₄的一种常见方法，其原理如图1所示：
①须将锌粉和水制成悬浊液的原因是增大锌反应的表面积，加快化学反应速率；若用Na₂SO₃固体和某酸反应制备SO₂气体，你认为下列最适宜选用的酸是B
A．浓盐酸    B．质量分数为70%的H₂SO₄
C．稀硝酸    D．质量分数为10%的稀硫酸
②步骤III过程较为复杂，其中涉及过滤、洗涤、干燥等操作，请写出洗涤过程的操作方法：加入乙醇至浸没沉淀，滤干后重复操作2-3次．
（2）吸收大气污染物SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如图2（Ce为铈元素）：
①装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺氧化的产物主要是NO₃^-、NO₂^-，写出生成NO₃^-的离子方程式NO+3Ce⁴⁺+2H₂O=NO₃^-+2Ce³⁺+4H⁺
②装置III中电解槽阴极发生的电极反应为2SO₃^2-+2H₂O-2e^-═S₂O₄^2-+4OH^-．
③已知进入装置IV的溶液中，NO₂^-的浓度为a g•L^-1，要使1m³该溶液中的NO₂^-完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置IV中通入标准状况下的O₂243aL．（用含a代数式表示，计算结果保留整数）
（3）课题小组测定0.050mol•L^-1Na₂S₂O₄溶液在空气中pH变化如图3：0-t₁段主要生成HSO₃^-，则0-t₁发生离子反应方程式为2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-，t₁时刻溶液中离子浓度由大到小的顺序是c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），t₃时溶液中主要阴离子符号是SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）锌粉、水形成分散系，通入二氧化硫反应得到ZnS₂O₄，加入过量NaOH溶液反应得到Na₂S₂O₄溶液，再经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到Na₂S₂O₄晶体；
①增大锌反应的表面积；二氧化硫具有还原性，可以被硝酸氧化，盐酸易挥发，而10%的硫酸太稀，二氧化硫溶解度大，难以得到二氧化硫气体；
②用乙醇洗涤，消去可溶性杂质，并减少因溶解导致的损失，加入乙醇浸没沉淀，滤干后重复操作2-3次；
（2）①装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺氧化生成NO₃^-、NO₂^-，而Ce⁴⁺被还原为Ce³⁺氧化；
②电解槽阴极发生还原反应，SO₃^2-被还原为S₂O₄^2-；
③根据电子转移守恒计算；
（3）0～t₁段主要先生成HSO₃^-，溶液显酸性，说明HSO₃^-的电离程度大于水解程度，Na₂S₂O₄溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠；
t₃时溶液的pH=1，说明溶液的酸性较强，因此亚硫酸氢钠被氧化为硫酸氢钠．

解答 解：（1）锌粉、水形成分散系，通入二氧化硫反应得到ZnS₂O₄，加入过量NaOH溶液反应得到Na₂S₂O₄溶液，再经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到Na₂S₂O₄晶体；
①将锌粉和水制成悬浊液的原因是：增大锌反应的表面积，加快化学反应速率，
二氧化硫具有还原性，可以被硝酸氧化，盐酸易挥发，制备的二氧化硫含有HCl，而10%的硫酸太稀，二氧化硫溶解度大，难以得到二氧化硫气体，故算则70%的硫酸，
故答案为：增大锌反应的表面积，加快化学反应速率；B；
②用乙醇洗涤，消去可溶性杂质，并减少因溶解导致的损失，洗涤过程的操作方法：加入乙醇至浸没沉淀，滤干后重复操作2-3次，
故答案为：加入乙醇至浸没沉淀，滤干后重复操作2-3次；
（2）①装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺氧化生成NO₃^-，而Ce⁴⁺被还原为Ce³⁺氧化，反应离子方程式为：NO+3Ce⁴⁺+2H₂O=NO₃^-+2Ce³⁺+4H⁺，
故答案为：NO+3Ce⁴⁺+2H₂O=NO₃^-+2Ce³⁺+4H⁺；
②电解槽阴极发生还原反应，SO₃^2-被还原为S₂O₄^2-，电极反应式为：2SO₃^2-+2H₂O-2e^-═S₂O₄^2-+4OH^-，
故答案为：2SO₃^2-+2H₂O-2e^-═S₂O₄^2-+4OH^-；
③NO₂^-的浓度为a g•L^-1，要使1m³该溶液中的NO₂^-完全转化为NH₄NO₃，则失去电子数目是：$\frac{1000a}{46}$mol×2，设消耗标况下氧气的体积是V，则得到电子数目是：$\frac{V}{22.4}$nol×4，根据电子守恒：$\frac{1000a}{46}$mol×2=$\frac{V}{22.4}$nol×4，解得V=243a，
故答案为：243a；
（3）0～t₁段主要先生成HSO₃^-，溶液显酸性，说明HSO₃^-的电离程度大于水解程度，Na₂S₂O₄溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠，0～t₁ 发生离子反应方程式为：2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-，亚硫酸氢根的电离程度不大，而水也会电离产生氢离子，故t₁时刻溶液中离子浓度由大到小的顺序是：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
t₃时溶液的pH=1，说明溶液的酸性较强，因此亚硫酸氢钠被氧化为硫酸氢钠，则溶液中主要阴离子符号是SO₄^2-，
故答案为：2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-；c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；SO₄^2-．

点评 本题考查物质制备工艺流程、气体制备、实验基本操作、氧化还原反应、陌生方程式书写、电解原理等，属于拼合型题目，是对学生综合能力的考查，为高考常考题型，注意对题目信息的应用，难度中等．