Question

1.

硫代硫酸钠是一种重要的化工产品，某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体（Na₂S₂O₃·5H₂O）。

I．[查阅资料]

（1）Na₂S₂O₃·5H₂O是无色透明晶体，易溶于水，受热、遇酸均反应，其稀溶液与BaCl₂溶液混合无沉淀生成。

（2）向Na₂CO₃和Na₂S混合液中通入SO₂可制得Na₂S₂O₃，所得产品常含有少量Na₂SO₃和Na₂SO₄。

（3）Na₂SO₃易被氧化；BaSO₃难溶于水，可溶于稀HCl。

Ⅱ.[制备产品]实验装置如图所示（省略夹持装置）：

烧瓶C中发生反应如下：

Na₂CO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₃（aq）+CO₂（g）

Na₂S（aq）+H₂O（l）+SO₂（g）=Na₂SO₃（aq）+H₂S（aq）

2H₂S（aq）+SO₂（g）=3S（s）+2H₂O（l）

S（s）+Na₂SO₃（aq）Na₂S₂O₃（aq）

实验步骤：

（1）检查装置气密性。仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若__________，则整个装置气密性良好：装置E的作用是__________。

（2）按图示加入试剂。向A中烧瓶滴加浓H₂SO₄，产生的气体将装置中空气排尽后，再加热C，A中反应的化学方程式是______；为提高产品纯度，应使C中Na₂CO₃和Na₂S恰好完全反应，则C烧瓶中Na₂CO₃和Na₂S物质的量之比为_______ 。

（3）装置B的另一作用是观察SO₂的生成速率，其中的液体最好选择_____。

a.蒸馏水       b.饱和Na₂SO₃溶液    c.饱和NaHSO₃溶液    d.饱和NaHCO₃溶液

实验中要控制SO₂生成速率，使SO₂缓慢进入C中可采取的措施有_______；为了保证硫代硫酸钾的产量，该实验一般控制在碱性环境下进行。否则产品发黄，原因是______。

（4）等Na₂S和Na₂CO₃完全消耗后，结束反应。趁热过滤C中混合物，将滤液水浴加热浓缩、_____，经过滤、洗涤、干燥，得到产品。

Ⅲ．[探究与反思]

为验证产品中含有Na₂SO₃和Na₂SO₄，该小组设计了以下实验方案，请将方案补充完整。取适量产品配成稀溶液，滴加足量BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，_____（所需试剂从稀HNO₃、稀H₂SO₄、稀HCl、蒸馏水中选择），若沉淀未完全溶解，并有刺激性气味的气体产生，则可确定产品中含有Na₂SO₃和Na₂SO₄。

Answer

若一段时间内漏斗内液柱高度不变 吸收尾气，防止污染空气 Na2SO3+ H2SO 4(浓)＝Na2SO4+ SO2↑+ H2O 1: 2 c 控制H2SO4滴加速度(或控制反应温度或降温；降低H2SO4的浓度,答案合理给分) SO2过量，溶液呈酸性，Na2S2O3与酸反应，生成黄色硫单质 冷却结晶 过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，再向沉淀物中加入足量的稀盐酸

【解析】试题分析：本题以硫代硫酸钠晶体的制备和杂质的检验为题材，重点考查化学实验装置气密性的检验、化学实验安全性、化学实验操作、化学计算、影响气体溶解性的因素、化学反应速率的控制、产品的分离提纯等知识，考查考生对实验的综合分析能力。

解析：制备装置图中，A是制取SO2，B、D气体经过时并无任何变化，因此B、D是安全瓶，B主要防止C中溶液倒吸进入A产生危险，D主要防止E中溶液倒吸进入C产生杂质，C是制备硫代硫酸钠，E是吸收尾气中的SO2等有毒气体，防止污染空气。

（1）两端活塞关闭后，长颈漏斗中形成的一段水柱在密封性良好的装置中能够长时间保持。E是为了防止SO2溢出到空气中产生污染。答案：若一段时间内漏斗内液柱高度不变 、吸收尾气，防止污染空气 （2）A是利用Na2SO3与浓H2SO4反应制备SO2。已知C烧瓶的四个反应原理中，设第四个反应消耗S 3mol，则消耗Na2SO3 3mol，3mol S在第三个反应中消耗H2S 2mol、SO2 1mol，所以第二个反应生成2mol H2S需要Na2S 2mol，同时得到Na2SO3 2mol，因此第一个反应仅需提供1mol Na2SO3，则需要消耗Na2CO3 1mol，综上所述，需要Na2CO3 1mol，Na2S 2mol。答案： Na2SO3+ H2SO 4(浓)=Na2SO4+ SO2↑+ H2O 、 1: 2。（3）装置B是安全瓶。由于SO2易溶于水，所以盛放水不合适，A错误；盛放Na2SO3饱和溶液时，Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3，因此B错误。饱和NaHSO3不能溶解SO2，所以C正确；2NaHCO3+SO2=Na2SO3+2CO2+H2O，因此D错误，所以应当选用C的饱和NaHSO3溶液。使SO2缓慢进入C中，就是使装置A中反应速率降低，因此可以采用降温、适当降低H2SO4浓度或是控制浓硫酸滴加速度等措施。由于酸性条件下，Na2S2O3会发生反应生成单质S使产品发黄。答案：c 、降温（适当降低H2SO4浓度或是控制浓硫酸滴加速度）、酸性环境下，Na2S2O3与酸反应生成黄色硫单质。（4）趁热过滤后得到Na2S2O3溶液，加热浓缩得到其浓度较大的高温溶液，再进行降温结晶可以得到固体产物，过滤除去少量溶液，洗涤除去杂质，干燥除水即可得到产品。答案：降温结晶。（5）由于Na2S2O3稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀，所以沉淀可能是BaSO3、BaSO4中的一种或两种， HNO3会将BaSO3氧化生成BaSO4，H2SO4也会与BaSO3反应生成BaSO4和SO2，而蒸馏水不能溶解BaSO3或BaSO4，所以应当使用稀盐酸。但是溶液中的Na2S2O3和沉淀表面水中溶解的Na2S2O3，在稀盐酸作用下会有SO2生成干扰SO32-检验，所以在加入盐酸之前必须先过滤，再用水洗净沉淀。这样，沉淀中的BaSO3在盐酸的作用下会有刺激新气味的气体SO2产生，而BaSO4不溶于稀盐酸会看到沉淀仍然存在。答案：过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，再向沉淀物中加入足量的稀盐酸。

点睛：①检验实验的设计需要充分考虑到干扰物可能产生的影响，并且设法排除干扰，从而得到准确结论。②酸性气体在其饱和酸式盐中溶解度很小，如SO2在饱和NaHSO3溶液中几乎不溶，CO2在饱和NaHCO3溶液中几乎不溶。类似的，Cl2在饱和NaCl溶液中也几乎不溶。利用这一性质可以除去气体中易溶性杂质或用排饱和溶液的方法进行气体的收集。