Question

4．（1）實驗室用固體Na₂SO₃與70%硫酸反應制備并收集SO₂氣體．C、D大試管中為有孔塑料板．下列裝置（圖1）中合理的是b．（選填編號）．
有一Na₂SO₃固體因部分被氧化而變質．為測定樣品純度，甲、乙兩位同學分別設計了如下實驗方案．根據(jù)題意回答：
（2）甲同學用托盤天平稱取m g樣品，溶于水，加入過量的BaCl₂溶液．過濾后，向沉淀中加入過量鹽酸，再經(jīng)過濾、洗滌、后進行烘干，冷卻后稱得殘留固體質量為m₁g．判斷殘留固體是否洗滌干凈的依據(jù)是在最后洗滌過濾出的濾液中滴加硝酸銀溶液，無沉淀生成，表明沉淀已洗凈．
（3）判斷殘留固體質量m₁ g能夠作為實驗測定值代入計算式，推算樣品純度，必須補充的實驗操作是重復烘干、冷卻、稱量，所得質量與m₁的差值小于0.001g．
（4）乙同學稱取m g樣品溶于水，配成AmL溶液，用滴定管取V mL于錐形瓶中，用濃度為c mol/L的標準酸性高錳酸鉀溶液滴定至終點．反應關系為：SO₃^2-+MnO₄^-→SO₄^2-+Mn²⁺（未配平）．配平滴定反應方程式5SO₃^2-+2MnO₄^-+6H⁺=5SO₄^2-+2Mn²⁺+3H₂O．
（5）配制樣品溶液時，不一定需要的實驗儀器是c（選填編號）．
a．容量瓶   b．玻璃棒   c．滴定管   d．燒杯   e．膠頭滴管
（6）滴定管液面變化如圖2所示，圖I顯示初讀數(shù)為2.40mL．根據(jù)圖II所示末讀數(shù)，可得樣品純度計算式為$\frac{126g/mol×\frac{0.0505cA}{V}mol}{mg}$×100%．
（7）常溫下，H₂SO₃的電離常數(shù)K_a1=1.2×10^-2，K_a2=6.3×10^-3；H₂CO₃的電離常數(shù)K_a1=4.5×10^-7，K_a2=4.7×10^-11．某同學設計實驗驗證H₂SO₃酸性強于H₂CO₃；同溫下將SO₂和CO₂氣體分別通入水中至飽和，立即用酸度計測兩溶液的pH，若前者的pH小于后者，則H₂SO₃酸性強于H₂CO₃，該實驗設計不正確（填正確、不正確），若不正確，理由在于SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度不相等，不能用于比較pH．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫的密度大于空氣，收集氣體的導管應該進氣管長出氣管短；
（2）過濾洗滌得到的硫酸鋇沉淀，洗滌干凈的方法是依據(jù)沉淀表面可能附著有的氯化鋇，設計實驗檢驗氯離子的存在情況；
（3）必須確保生成的硫酸鋇沉淀完全烘干，即所得質量與m₁的差值小于0.001g；
（4）酸性條件下反應，反應物還應該有氫離子，產(chǎn)物中還要水，然后根據(jù)化合價升降相等配平該反應；
（5）根據(jù)配制一定物質的量濃度的溶液步驟判斷使用儀器；
（6）根據(jù)滴定管構造及圖示滴定管中液面讀出消耗的高錳酸鉀溶液體積，然后根據(jù)反應方程式及題中數(shù)據(jù)列出樣品純度的表達式；
（7）H₂SO₃和H₂CO₃均屬于二元酸，要想通過比較二者的pH來驗證二者的酸性強弱，必需使二者的濃度相同，但是用于比較pH的兩種酸的物質的量濃度不相等，所以該實驗設計不正確；要檢驗酸性強弱，可以采用多種方法，例如利用水解原理（酸越弱相應的強堿鹽就越易水解），也可以利用較強的酸制取較弱的酸來檢驗．

解答 解：（1）由于二氧化硫的密度大于空氣，澤爾收集二氧化硫氣體的導管應該進氣管長出氣管短，故b正確，
故答案為：b；
（2）過濾洗滌得到的硫酸鋇沉淀，洗滌干凈的方法是依據(jù)沉淀表面可能附著有的氯化鋇，操作方法為：在最后洗滌過濾出的濾液中滴加硝酸銀溶液，無沉淀生成，表明沉淀已洗凈，
故答案為：在最后洗滌過濾出的濾液中滴加硝酸銀溶液，無沉淀生成，表明沉淀已洗凈；
（3）判斷殘留固體質量m₁g能夠作為實驗測定值代入計算式，推算樣品純度，必須重復烘干、冷卻、稱量，烘干后稱量的質量與m₁的差值小于0.001g，
故答案為：重復烘干、冷卻、稱量，所得質量與m₁的差值小于0.001g；
（4）亞硫酸根離子的中S元素為+4價，反應后變?yōu)?6價的硫酸根離子，化合價升高2價，高錳酸根離子中錳元素的化合價為+7價，反應后變?yōu)?2價的錳離子，化合價降低5價，則亞硫酸根離子的系數(shù)為5、高錳酸根離子的系數(shù)為2，然后利用觀察法配平可得：5SO₃^2-+2MnO₄^-+6H⁺=5SO₄^2-+2Mn²⁺+3H₂O，
故答案為：5SO₃^2-+2MnO₄^-+6H⁺=5SO₄^2-+2Mn²⁺+3H₂O；
（5）根據(jù)配制一定物質的量濃度的溶液過程中，需要使用的儀器有：一定容積的容量瓶、攪拌和引流時用到玻璃棒，溶解固體需要在燒杯中進行，定容時需要使用膠頭滴管，所以需要的儀器有：a．容量瓶、b．玻璃棒、d．燒杯、e．膠頭滴管，一般不需要的為c．滴定管，
故答案為：c；
（6）滴定管的每個小刻度為0.10mL，根據(jù)圖2所示，圖I顯示初讀數(shù)為2.40mL，圖II所示的末讀數(shù)為22.60mL，滴定總共消耗的高錳酸鉀溶液的體積為：（22.60-2.40）mL=20.20mL，消耗高錳酸鉀的物質的量為：cmol/L×0.0202L=0.0202cmol，AmL樣品溶液完全反應消耗高錳酸鉀的物質的量為：0.0202cmol×$\frac{AmL}{VmL}$=$\frac{0.0202cA}{V}$mol，根據(jù)反應5SO₃^2-+2MnO₄^-+6H⁺=5SO₄^2-+2Mn²⁺+3H₂O可知，mg樣品中含有亞硫酸鈉的物質的量為：$\frac{0.0202cA}{V}$mol×$\frac{5}{2}$=$\frac{0.0505cA}{V}$mol，
則樣品純度的計算式為：$\frac{126g/mol×\frac{0.0505cA}{V}mol}{mg}$×100%，
故答案為：2.40mL；$\frac{126g/mol×\frac{0.0505cA}{V}mol}{mg}$×100%；
（7）H₂SO₃和H₂CO₃均屬于二元酸，要想通過比較二者的pH來驗證二者的酸性強弱，必需使二者的濃度相同，但是SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度顯然不相等（因為二者的溶解度不同），所以該實驗設計不正確；要檢驗酸性強弱，可以采用多種方法，例如：方案①：配制相同物質的量濃度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液，用酸度計（或pH試紙）測兩溶液的pH，前者的pH小于后者，證明H₂SO₃酸性強于H₂CO₃，方案②：將SO₂氣體依次通過NaHCO₃（Na₂CO₃）溶液、酸性KMnO₄溶液、品紅溶液、澄清石灰水，品紅溶液不褪色、且澄清石灰水變混濁，證明H₂SO₃酸性強于H₂CO₃等，
故答案為：不正確；SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度不相等，不能用于比較pH．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計，題目難度中等，涉及中和滴定及計算、配制一定物質的量濃度的溶液方法、化學實驗裝置判斷、物質性質方案的設計與評價等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力，熟練掌握化學實驗基本操作方法為解答關鍵．