Question

17．Na₂SO₃應用廣泛．利用工業(yè)廢堿渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸廠尾氣中的SO₂制備無水Na₂SO₃的成本低，優(yōu)勢明顯，其流程如圖1．

（1）舉例說明向大氣中排放SO₂導致的環(huán)境問題：酸雨．
（2）圖2為吸收塔中Na₂CO₃溶液與SO₂反應過程中溶液組成變化．則初期反應（圖中A點以前）的離子方程式是2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-．
（3）中和器中發(fā)生的主要反應的化學方程式是NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
資料顯示：
Ⅰ．Na₂SO₃在33℃時溶解度最大，將其飽和溶液加熱至33℃以上時，由于溶解度降低會析出無水Na₂SO₃，冷卻至33℃以下時析出Na₂SO₃•7H₂O；
Ⅱ．無水Na₂SO₃在空氣中不易被氧化，Na₂SO₃•7H₂O在空氣中易被氧化．
（4）為了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，從而提高結晶產率，中和器中加入的NaOH是過量的．
①請結合Na₂SO₃的溶解平衡解釋NaOH過量的原因Na₂SO₃存在溶解平衡：Na₂SO₃（s）?2Na⁺ （aq）+SO₃^2- （aq），NaOH過量使c（Na⁺）增大，上述平衡逆向移動．
②結晶時應選擇的最佳操作是b（選填字母）．
a.95～100℃加熱蒸發(fā)，直至蒸干
b．維持95～100℃蒸發(fā)濃縮至有大量晶體析出
c.95～100℃加熱濃縮，冷卻至室溫結晶
（5）為檢驗Na₂SO₃成品中是否含少量Na₂SO₄，需選用的試劑是稀鹽酸、BaCl₂溶液．
（6）KIO₃滴定法可測定成品中Na₂SO₃的含量：室溫下將0.1260g 成品溶于水并加入淀粉做指示劑，再用酸性KIO₃標準溶液（x mol/L）進行滴定至溶液恰好由無色變?yōu)樗{色，消耗KIO₃標準溶液體積為y mL．
①滴定終點前反應的離子方程式是：1IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+1I^-
（將方程式補充完整）
②成品中Na₂SO₃（M=126g/mol）的質量分數(shù)是3xy×100%．

Answer 1

分析 Na₂SO₃應用廣泛，利用工業(yè)廢堿渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸廠尾氣中的SO₂制備無水Na₂SO₃，吸收塔中發(fā)生的反應為2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，為了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，從而提高結晶產率，中和器中加入的NaOH是過量的，加入氫氧化鈉進入中和器得到溶液結晶進入離心機干燥得到晶體，濾液重新進入吸收塔循環(huán)使用．
（1）二氧化硫在空氣中變化生成硫酸，會導致酸雨；
（2）由圖可知，初期反應（圖中A點以前）碳酸鈉與二氧化硫反應生成碳酸氫鈉與亞硫酸鈉；
（3）隨著二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亞硫酸氫鈉，中和器中主要是將亞硫酸氫鈉轉化為硫酸鈉，同時碳酸氫鈉反應得到碳酸鈉；
（4）①Na₂SO₃溶解電離出鈉離子，NaOH過量使c（Na⁺）增大，抑制Na₂SO₃溶解；
②由于冷卻至33℃以下時析出Na₂SO₃•7H₂O，應在較高溫度下蒸發(fā)濃縮至有大量晶體析出，利用余熱蒸發(fā)；
（5）用鹽酸除去亞硫酸鈉，再用氯化鋇溶液檢驗硫酸根離子；
（6）①IO₃^-與SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應得到SO₄^2-與I^-，I元素化合價降低6價，S元素化合價升高2價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，可得IO₃^-的系數(shù)為1、SO₃^2-的系數(shù)為3，再結合原子守恒、電荷守恒配平；
②根據(jù)離子方程式計算亞硫酸鈉的物質的量，進而計算其質量分數(shù)．

解答 解：（1）向大氣中排放SO₂會導致酸雨發(fā)生，SO₂氣體在空氣中經粉塵催化氧化為SO₃，SO₃與水反應能生成硫酸，有關反應的化學方程式為：2SO₂+O₂ $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2SO₃；SO₃+H₂O═H₂SO₄，或二氧化硫與水反應生成亞硫酸，又被氧化為硫酸，則SO₂形成硫酸型酸雨的反應為SO₂+H₂O?H₂SO₃、2H₂SO₃+O₂═2H₂SO₄，
故答案為：酸雨；
（2）由圖可知，初期反應（圖中A點以前）碳酸鈉與二氧化硫反應生成碳酸氫鈉與亞硫酸鈉，反應離子方程式為：2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，
故答案為：2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-；
（3）隨著二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亞硫酸氫鈉，中和器中主要是將亞硫酸氫鈉轉化為硫酸鈉，同時碳酸氫鈉反應得到碳酸鈉，主要反應化學方程式為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O，
故答案為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（4）①Na₂SO₃存在溶解平衡：Na₂SO₃（s）?2Na⁺ （aq）+SO₃^2- （aq），NaOH過量使c（Na⁺）增大，上述平衡逆向移動，抑制Na₂SO₃溶解，
故答案為：Na₂SO₃存在溶解平衡：Na₂SO₃（s）?2Na⁺ （aq）+SO₃^2- （aq），NaOH過量使c（Na⁺）增大，上述平衡逆向移動；
②a．加熱蒸發(fā)直至蒸干，容易使固體濺出，導致?lián)p失等，故a錯誤
B．維持95～100℃蒸發(fā)濃縮至有大量晶體析出，再利用余熱蒸干，故B正確；
C．由于冷卻至33℃以下時析出Na₂SO₃•7H₂O，應在較高溫度下蒸發(fā)濃縮結晶，故C錯誤，
故答案為：b；
（5）用鹽酸除去亞硫酸鈉，防止干擾，再用氯化鋇溶液檢驗硫酸根離子，
故答案為：稀鹽酸、BaCl₂溶液；
（6）①IO₃^-與SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應得到SO₄^2-與I^-，I元素化合價降低6價，S元素化合價升高2價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，可得IO₃^-的系數(shù)為1、SO₃^2-的系數(shù)為3，配平后離子方程式為：IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-，
故答案為：1、3、3SO₄^2-、1I^-；
②消耗KIO₃的物質的量為y×10^-3L×x mol/L=xy×10^-3mol，
由IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-，可知n（Na₂SO₃）=3n（KIO₃）=3xy×10^-3mol
則成品中Na₂SO₃的質量分數(shù)為$\frac{3xy×1{0}^{-3}mol×126g/mol}{0.126g}$×100%=3xy×100%，
故答案為：3xy×100%．

點評 本題以物質制備為載體，考查學生對原理的分析理解、物質的分離提純、氧化還原反應、物質含量測定、實驗方案設計、信息獲取與遷移運用等，需要學生具備扎實的基礎，題目難度中等．