Question

9．为了探究SO₂与Na₂O₂的反应是否类似于CO₂与Na₂O₂的反应，甲同学设计了如图所示的实验装置，回答下列问题：
（1）移开棉花，将带火星的木条放在C试管口，未见木条复燃，甲同学因此认为SO₂与Na₂O₂的反应不同于CO₂．请按甲同学的观点写出反应的化学方程式SO₂+Na₂O₂=Na₂SO₄．
（2）乙同学认为无论反应原理如何，最终都有O₂产生，乙同学的理由是A中生成的SO₂气体中含有水蒸气．按照乙同学的观点，该装置需做的改进是在A和B之间连接一个装有浓硫酸的洗气瓶．
（3）假设Na₂O₂完全反应，反应后B装置中固体生成物可能是：①Na₂SO₃；②Na₂SO₄；③Na₂SO₃和Na₂SO₄．
请设计实验方案检验，写出实验步骤以及预期现象和结论，完成表：
限选试剂：2mol•L^-1 HCl溶液，1mol•L^-1 HNO₃溶液，1mol•L^-1 BaCl溶液，1mol•L^-1 Ba（NO₃）₂溶液，0.01mol•L^-1 KMnO₄酸性溶液．

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取B中的少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水，溶解，然后取少量待测液分别置于Ⅰ、Ⅱ试管中	固体完全溶解
步骤2：往Ⅰ试管中加入1mol•L-1盐酸，再滴加1mol•L-1BaCl2溶液	有白色沉淀生成，则证明生成物中含Na2SO4，
则证明生成物中含Na2SO4
步骤3：往Ⅱ试管中加入2～3滴0.01mol•L-1KMnO4酸性溶液，
振荡	若KMnO4溶液紫红色褪去，则证明生成物中有Na2SO3；，
则证明生成物中有Na2SO3；若
若KMnO4溶液紫红色不褪去，
则说明生成物中没有Na2SO3．

（4）生成物中亚硫酸钠含量的测定：
①取a g生成物配制成100mL溶液，取10.00mL该溶液于锥形瓶中，加入几滴淀粉溶液作指示剂，用0.010 0mol•L^-1碘水进行滴定，滴定终点现象为溶液出现蓝色，且半分钟内不褪色．记录数据，重复滴定2次，平均消耗碘水20.00mL．
②计算：生成物中亚硫酸钠的质量分数为$\frac{0.252}{a}$×100%．

Answer 1

分析 （1）移开棉花，将带火星的木条放在C试管口，未见木条复燃说明无氧气生成，二氧化硫和过氧化钠反应生成硫酸钠；
（2）固体亚硫酸钠和浓硫酸反应生成的气体中含有水蒸气，与过氧化钠反应生成氧气；验证二氧化硫与过氧化钠反应的产物需要在AB间连接干燥装置；
（3）依据假设设计实验检验硫酸根离子和亚硫酸根离子的检验试剂和检验方法设计，硫酸根离子检验利用盐酸和氯化钡容易进行检验，亚硫酸根离子利用高锰酸钾溶液检验；
（4）①碘单质溶液滴定和溶液中的亚硫酸钠反应，恰好反应后滴入碘水变蓝色半分钟内部褪色证明反应完全；
②依据化学方程式H₂O+SO₃^2-+I₂=2I^-+SO₄^2-+2H⁺，可得关系式Na₂SO₃～I₂，据此计算．

解答 解：（1）移开棉花，将带火星的木条放在C试管口，未见木条复燃，无氧气生成，SO₂与Na₂O₂的反应不同于CO₂，二氧化硫和过氧化钠反应生成硫酸钠，反应的化学方程式为：SO₂+Na₂O₂=Na₂SO₄，故答案为：SO₂+Na₂O₂=Na₂SO₄；
（2）乙同学认为无论反应原理如何，最终都有O₂产生，是因为A装置生成的二氧化硫气体中含有水蒸气，和过氧化钠反应生成氧气，试验为了验证二氧化硫与过氧化钠反应的产物，需要在AB装置间连接呈浓硫酸的洗气瓶装置吸收水蒸气，
故答案为：A中生成的SO₂气体中含有水蒸气；在A和B之间连接一个装有浓硫酸的洗气瓶；
（3）假设Na₂O₂完全反应，反应后B装置中固体生成物可能是：①Na₂SO₃； ②Na₂SO₄； ③Na₂SO₃和Na₂SO₄
步骤1，取B中的少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水，溶解，然后取少量待测液分别置于Ⅰ、Ⅱ试管中，固体全部溶解；往Ⅰ试管中加入足量的1 mol•L^-1盐酸，再滴加1 mol•L^-1 BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，则证明生成物中含Na₂SO₄；往Ⅱ试管中加入2～3滴0.01mol•L^-1KMnO₄酸性溶液，振荡，若KMnO₄溶液紫红色褪去，则说明生成物中有Na₂SO₃；若KMnO₄溶液紫红色不褪去，则说明生成物中没有Na₂SO₃，
故答案为：

步骤2：往Ⅰ试管中加入 足量的1_ mol•L-1盐酸，再滴加 1_ mol•L-1_ BaCl2溶液	有白色沉淀生成，则证明生成物中含Na2SO4
步骤3：往Ⅱ试管中 加入2～3滴0.01_ mol•L-1_ KMnO4酸性溶液，振荡	若 KMnO4溶液紫红色褪去，则证明生成物中有Na2SO3；
若 KMnO4溶液紫红色不褪去，则说明生成物中没有Na2SO3

（4）①碘单质溶液滴定和溶液中的亚硫酸钠反应，恰好反应后滴入碘水变蓝色半分钟内部褪色证明反应完全，
故答案为：溶液出现蓝色，且半分钟内不褪去；
②取10.00mL该溶液于锥形瓶中，加入几滴淀粉溶液作指示剂，用0.0100mol•L^-1碘水进行滴定，平均消耗碘水20.00mL，依据离子方程式计算
I₂+SO₃^2-+H₂O=SO₄^2-+2I^-+2H⁺；碘单质物质的量和亚硫酸钠物质的量相同=0.020L×0.010mol/L=2×10^-4mol；所以100ml溶液中亚硫酸钠物质的量为2×10^-3mol
生成物中亚硫酸钠的质量分数=$\frac{{0.02L×0.0100mol/L×126g/mol×\frac{100mL}{10mL}}}{ag}$×100%=$\frac{0.252}{a}$×100%，
故答案为：$\frac{0.252}{a}$×100%．

点评 本题考查了物质性质的实验验证和混合物成分的实验验证，掌握物质性质和离子性质是解题关键，题目难度中等．