Question

11．連二亞硫酸鈉（Na₂S₂O₄），有極強(qiáng)的還原性．受熱、遇水都會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)放出大量的熱，甚至引起燃燒．不溶于乙醇，可溶于氫氧化鈉水溶液并穩(wěn)定存在．
（1）鋅粉法是制備Na₂S₂O₄的一種常見(jiàn)方法，其原理如圖1所示：
①須將鋅粉和水制成懸濁液的原因是增大鋅反應(yīng)的表面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率；若用Na₂SO₃固體和某酸反應(yīng)制備SO₂氣體，你認(rèn)為下列最適宜選用的酸是B
A．濃鹽酸    B．質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的H₂SO₄
C．稀硝酸    D．質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的稀硫酸
②步驟III過(guò)程較為復(fù)雜，其中涉及過(guò)濾、洗滌、干燥等操作，請(qǐng)寫(xiě)出洗滌過(guò)程的操作方法：加入乙醇至浸沒(méi)沉淀，濾干后重復(fù)操作2-3次．
（2）吸收大氣污染物SO₂和NO，獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產(chǎn)品的流程圖如圖2（Ce為鈰元素）：
①裝置Ⅱ中，酸性條件下，NO被Ce⁴⁺氧化的產(chǎn)物主要是NO₃^-、NO₂^-，寫(xiě)出生成NO₃^-的離子方程式NO+3Ce⁴⁺+2H₂O=NO₃^-+2Ce³⁺+4H⁺
②裝置III中電解槽陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為2SO₃^2-+2H₂O-2e^-═S₂O₄^2-+4OH^-．
③已知進(jìn)入裝置IV的溶液中，NO₂^-的濃度為a g•L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需至少向裝置IV中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O₂243aL．（用含a代數(shù)式表示，計(jì)算結(jié)果保留整數(shù)）
（3）課題小組測(cè)定0.050mol•L^-1Na₂S₂O₄溶液在空氣中pH變化如圖3：0-t₁段主要生成HSO₃^-，則0-t₁發(fā)生離子反應(yīng)方程式為2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-，t₁時(shí)刻溶液中離子濃度由大到小的順序是c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），t₃時(shí)溶液中主要陰離子符號(hào)是SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）鋅粉、水形成分散系，通入二氧化硫反應(yīng)得到ZnS₂O₄，加入過(guò)量NaOH溶液反應(yīng)得到Na₂S₂O₄溶液，再經(jīng)過(guò)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌等得到Na₂S₂O₄晶體；
①增大鋅反應(yīng)的表面積；二氧化硫具有還原性，可以被硝酸氧化，鹽酸易揮發(fā)，而10%的硫酸太稀，二氧化硫溶解度大，難以得到二氧化硫氣體；
②用乙醇洗滌，消去可溶性雜質(zhì)，并減少因溶解導(dǎo)致的損失，加入乙醇浸沒(méi)沉淀，濾干后重復(fù)操作2-3次；
（2）①裝置Ⅱ中，酸性條件下，NO被Ce⁴⁺氧化生成NO₃^-、NO₂^-，而Ce⁴⁺被還原為Ce³⁺氧化；
②電解槽陰極發(fā)生還原反應(yīng)，SO₃^2-被還原為S₂O₄^2-；
③根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算；
（3）0～t₁段主要先生成HSO₃^-，溶液顯酸性，說(shuō)明HSO₃^-的電離程度大于水解程度，Na₂S₂O₄溶液在空氣中易被氧化生成亞硫酸氫鈉；
t₃時(shí)溶液的pH=1，說(shuō)明溶液的酸性較強(qiáng)，因此亞硫酸氫鈉被氧化為硫酸氫鈉．

解答 解：（1）鋅粉、水形成分散系，通入二氧化硫反應(yīng)得到ZnS₂O₄，加入過(guò)量NaOH溶液反應(yīng)得到Na₂S₂O₄溶液，再經(jīng)過(guò)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌等得到Na₂S₂O₄晶體；
①將鋅粉和水制成懸濁液的原因是：增大鋅反應(yīng)的表面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率，
二氧化硫具有還原性，可以被硝酸氧化，鹽酸易揮發(fā)，制備的二氧化硫含有HCl，而10%的硫酸太稀，二氧化硫溶解度大，難以得到二氧化硫氣體，故算則70%的硫酸，
故答案為：增大鋅反應(yīng)的表面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率；B；
②用乙醇洗滌，消去可溶性雜質(zhì)，并減少因溶解導(dǎo)致的損失，洗滌過(guò)程的操作方法：加入乙醇至浸沒(méi)沉淀，濾干后重復(fù)操作2-3次，
故答案為：加入乙醇至浸沒(méi)沉淀，濾干后重復(fù)操作2-3次；
（2）①裝置Ⅱ中，酸性條件下，NO被Ce⁴⁺氧化生成NO₃^-，而Ce⁴⁺被還原為Ce³⁺氧化，反應(yīng)離子方程式為：NO+3Ce⁴⁺+2H₂O=NO₃^-+2Ce³⁺+4H⁺，
故答案為：NO+3Ce⁴⁺+2H₂O=NO₃^-+2Ce³⁺+4H⁺；
②電解槽陰極發(fā)生還原反應(yīng)，SO₃^2-被還原為S₂O₄^2-，電極反應(yīng)式為：2SO₃^2-+2H₂O-2e^-═S₂O₄^2-+4OH^-，
故答案為：2SO₃^2-+2H₂O-2e^-═S₂O₄^2-+4OH^-；
③NO₂^-的濃度為a g•L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，則失去電子數(shù)目是：$\frac{1000a}{46}$mol×2，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，則得到電子數(shù)目是：$\frac{V}{22.4}$nol×4，根據(jù)電子守恒：$\frac{1000a}{46}$mol×2=$\frac{V}{22.4}$nol×4，解得V=243a，
故答案為：243a；
（3）0～t₁段主要先生成HSO₃^-，溶液顯酸性，說(shuō)明HSO₃^-的電離程度大于水解程度，Na₂S₂O₄溶液在空氣中易被氧化生成亞硫酸氫鈉，0～t₁ 發(fā)生離子反應(yīng)方程式為：2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-，亞硫酸氫根的電離程度不大，而水也會(huì)電離產(chǎn)生氫離子，故t₁時(shí)刻溶液中離子濃度由大到小的順序是：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
t₃時(shí)溶液的pH=1，說(shuō)明溶液的酸性較強(qiáng)，因此亞硫酸氫鈉被氧化為硫酸氫鈉，則溶液中主要陰離子符號(hào)是SO₄^2-，
故答案為：2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-；c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；SO₄^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程、氣體制備、實(shí)驗(yàn)基本操作、氧化還原反應(yīng)、陌生方程式書(shū)寫(xiě)、電解原理等，屬于拼合型題目，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，為高考�？碱}型，注意對(duì)題目信息的應(yīng)用，難度中等．