Question

20．硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）可由亞硫酸鈉和硫粉通過化合反應制得．已知：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在．
（1）某研究小組設計了制備Na₂S₂O₃•5H₂O裝置和部分操作步驟如下．

Ⅰ．打開K₁，關閉K₂，向圓底燒瓶中加入足量濃硫酸，加熱．
Ⅱ．C中混合液被氣流攪動，反應一段時間后，硫粉的量逐漸減少．當C中溶液的pH接近7時即停止C中的反應，停止加熱．
Ⅲ．過濾C中的混合液．
Ⅳ．將濾液加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干，得到產品．
①Ⅰ中，圓底燒瓶中發(fā)生反應的化學方程式是Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
②Ⅱ中，“當C中溶液的pH接近7時即停止C中的反應”的原因是Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在．“停止C中的反應”的操作是打開K₂，關閉K₁．
③Ⅲ中，“過濾”用到的玻璃儀器是（填儀器名稱）漏斗、玻璃棒、燒杯．
④裝置B中盛放的試劑是（填化學式）NaOH溶液，其作用是在C中的反應停止后，吸收A中產生的多余SO₂，防止空氣污染．
（2）依據反應2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-，可用I₂的標準溶液測定產品的純度．取5.5g產品，配制成100mL溶液．取10mL溶液，以淀粉溶液為指示劑，用濃度為0.050mol/L I₂的標準溶液進行滴定，相關數(shù)據記錄如表所示．

編號	1	2	3	4
溶液的體積/mL	10.00	10.00	10.00	10.00
消耗I2標準溶液的體積/mL	19.99	19.98	17.13	20.03

①判斷達到滴定終點的現(xiàn)象是加入最后一滴I₂標準溶液后，溶液變藍，且半分鐘內顏色不改變．
②Na₂S₂O₃•5H₂O在產品中的質量分數(shù)是（計算結果保留1位小數(shù)）90.2%．

Answer 1

分析 （1）在加熱條件下，銅和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應生成二氧化硫，所以A中發(fā)生的反應為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；打開K₁，關閉K₂，在C中Na₂CO₃和S、SO₂反應生成Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃溶液具有弱堿性和較強的還原性，所以酸性條件下不能存在，二氧化硫不能完全反應且二氧化硫有毒，會污染空氣，所以用NaOH吸收未反應的SO₂；C中溶液的pH接近7時即停止C中的反應，打開K₂，關閉K₁，二氧化硫有毒，應該用B中溶液吸收二氧化硫，二氧化硫屬于酸性氧化物，且有還原性，所以可以堿性物質或氧化性物質吸收二氧化硫，
①銅和濃硫酸反應生成硫酸銅和二氧化硫氣體；
②根據題目Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在的信息判斷；
③根據過濾操作所需儀器判斷；
④二氧化硫不能排放到空氣中，應有尾氣處理裝置；
（2）①Na₂S₂O₃反應完畢，再加入碘的標準溶液，碘與淀粉變藍色；
②第3次實驗消耗標準液的體積與其它3次相差比較大，應舍棄，1、2、4次實驗的標準液平均值為消耗標準液體積，由方程式可知n（Na₂S₂O₃•5H₂O）=n（S₂O₃^2-）=2n（I₂），進而計算Na₂S₂O₃•5H₂O在產品中的質量分數(shù)．

解答 解：（1）在加熱條件下，銅和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應生成二氧化硫，所以A中發(fā)生的反應為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；打開K₁，關閉K₂，在C中Na₂CO₃和S、SO₂反應生成Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃溶液具有弱堿性和較強的還原性，所以酸性條件下不能存在，二氧化硫不能完全反應且二氧化硫有毒，會污染空氣，所以用NaOH吸收未反應的SO₂；C中溶液的pH接近7時即停止C中的反應，打開K₂，關閉K₁，二氧化硫有毒，應該用B中溶液吸收二氧化硫，二氧化硫屬于酸性氧化物，且有還原性，所以可以堿性物質或氧化性物質吸收二氧化硫，
①濃硫酸具有強氧化性，在加熱的條件下能氧化單質銅，反應的化學方程式是Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
②生成的SO₂和碳酸鈉反應生成亞硫酸鈉和CO₂，由于Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在，所以C中碳酸鈉的作用是起反應物作用及提供堿性環(huán)境，“停止C中的反應”的操作是打開K₂，關閉K₁，
故答案為：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩(wěn)定存在；打開K₂，關閉K₁；
③過濾時的主要玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒，故答案為：漏斗、玻璃棒、燒杯；
④SO₂是大氣污染物，需要尾氣處理，則裝置B中盛放的試劑是氫氧化鈉溶液，用來吸收SO₂，防止污染環(huán)境，
故答案為：NaOH；在C中的反應停止后，吸收A中產生的多余SO₂，防止空氣污染；
（2）①加入最后一滴I₂標準溶液后，溶液變藍，且半分鐘內顏色不改變，說明Na₂S₂O₃反應完畢，滴定到達終點，
故答案為：加入最后一滴I₂標準溶液后，溶液變藍，且半分鐘內顏色不改變；
②第3次實驗消耗標準液的體積與其它3次相差比較大，應舍棄，1、2、4次實驗的標準液平均值為消耗標準液體積，即消耗標準液體積為$\frac{19.99+19.98+20.03}{3}$mL=20mL，由2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，可知5.5g樣品中n（Na₂S₂O₃•5H₂O）=n（S₂O₃^2-）=2n（I₂）=2×0.02L×0.05mol/L×$\frac{100mL}{10mL}$=0.02mol，則m（Na₂S₂O₃•5H₂O）=0.02mol×248g/mol=4.96g，則Na₂S₂O₃•5H₂O在產品中的質量分數(shù)為$\frac{4.96g}{5.5g}$×100%=90.2%，
故答案為：90.2%．

點評 本題考查制備實驗方案設計，為高頻考點，側重考查學生的分析、實驗和計算能力，涉及物質制備、物質的量的計算、離子方程式書寫、基本操作等知識點，明確實驗原理及物質性質是解本題關鍵，難度中等，注意（2）②實驗3數(shù)據要舍去，為易錯點．