Question

15．工業(yè)上常利用廢堿渣吸收硫酸廠尾氣實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，如制備應(yīng)用廣泛的無(wú)水亞硫酸鈉．其制備流程如圖1：

（1）硫酸廠向大氣中排放SO₂導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題為酸雨．
（2）“吸收反應(yīng)”中Na₂CO₃溶液與SO₂反應(yīng)過(guò)程中溶液組成變化如圖2．圖中A點(diǎn)以前發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-．
（3）“中和”中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
（4）已知Na₂SO₃在33℃時(shí)溶解度最大，將其飽和溶液加熱至33℃以上時(shí)析出無(wú)水Na₂SO₃，冷卻至33℃以下時(shí)析出Na₂SO₃•7H₂O．請(qǐng)寫(xiě)出結(jié)晶時(shí)的最佳操作在33～100℃之間某一溫度下，蒸發(fā)結(jié)晶．
（5）為檢驗(yàn)Na₂SO₃成品是否變質(zhì)，需選用的試劑是BaCl₂溶液、稀鹽酸．
（6）KIO₃滴定法可測(cè)定成品中Na₂SO₃的含量，室溫下將mg成品溶于水并加入淀粉做指示劑，用cmol/L酸性KI0₃標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定至溶液恰好由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色，消耗KI0₃標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為VmL．
①達(dá)到滴定終點(diǎn)前發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-；
②成品中Na₂SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{37.8cV}{m}%$．

Answer 1

分析 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(wú)水Na₂SO₃，吸收塔中發(fā)生的反應(yīng)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(jié)晶產(chǎn)率，中和器中加入的NaOH是過(guò)量的，加入氫氧化鈉進(jìn)入中和器得到溶液結(jié)晶進(jìn)入離心機(jī)干燥得到晶體，濾液重新進(jìn)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(huì)導(dǎo)致酸雨；
（2）由圖可知，初期反應(yīng)（圖中A點(diǎn)以前）碳酸鈉與二氧化硫反應(yīng)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(zhuǎn)化為硫酸鈉，同時(shí)碳酸氫鈉反應(yīng)得到碳酸鈉；
（4）已知Na₂SO₃在33℃時(shí)溶解度最大，將其飽和溶液加熱至33℃以上時(shí)析出無(wú)水Na₂SO₃，冷卻至33℃以下時(shí)析出Na₂SO₃•7H₂O，則制備無(wú)水硫酸鈉應(yīng)在33～100℃之間某一溫度下，蒸發(fā)結(jié)晶；
（5）亞硫酸鈉變質(zhì)生成硫酸鈉，檢驗(yàn)硫酸根離子即可證明亞硫酸鈉是否變質(zhì)；
（6）①I(mǎi)O₃^-與SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到SO₄^2-與I^-，結(jié)合原子守恒、電荷守恒配平；
②根據(jù)離子方程式計(jì)算亞硫酸鈉的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）向大氣中排放SO₂會(huì)導(dǎo)致酸雨發(fā)生，SO₂氣體在空氣中經(jīng)粉塵催化氧化為SO₃，SO₃與水反應(yīng)能生成硫酸，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2SO₂+O₂ $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2SO₃；SO₃+H₂O═H₂SO₄，或二氧化硫與水反應(yīng)生成亞硫酸，又被氧化為硫酸，則SO₂形成硫酸型酸雨的反應(yīng)為SO₂+H₂O?H₂SO₃、2H₂SO₃+O₂═2H₂SO₄；
故答案為：酸雨；
（2）由圖可知，初期反應(yīng)（圖中A點(diǎn)以前）碳酸鈉與二氧化硫反應(yīng)生成碳酸氫鈉與亞硫酸鈉，反應(yīng)離子方程式為：2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，
故答案為：2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-；
（3）隨著二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亞硫酸氫鈉，中和器中主要是將亞硫酸氫鈉轉(zhuǎn)化為硫酸鈉，同時(shí)碳酸氫鈉反應(yīng)得到碳酸鈉，主要反應(yīng)化學(xué)方程式為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O，
故答案為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（4）已知Na₂SO₃在33℃時(shí)溶解度最大，將其飽和溶液加熱至33℃以上時(shí)析出無(wú)水Na₂SO₃，冷卻至33℃以下時(shí)析出Na₂SO₃•7H₂O，則制備無(wú)水硫酸鈉應(yīng)在33～100℃之間某一溫度下，蒸發(fā)結(jié)晶；
故答案為：在33～100℃之間某一溫度下，蒸發(fā)結(jié)晶；
（5）亞硫酸鈉變質(zhì)生成硫酸鈉，檢驗(yàn)硫酸根離子即可證明亞硫酸鈉是否變質(zhì)，用BaCl₂溶液、稀鹽酸反應(yīng)，有白色沉淀生成說(shuō)明成品變質(zhì)，若無(wú)說(shuō)明未變；
故答案為：BaCl₂溶液；稀鹽酸；
（6）①I(mǎi)O₃^-與SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到SO₄^2-與I^-，離子方程式為：IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-；
故答案為：IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-；
②消耗KIO₃的物質(zhì)的量為V×10^-3L×c mol/L=cV×10^-3mol，
由IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-，可知n（Na₂SO₃）=3n（KIO₃）=3cV×10^-3mol
則成品中Na₂SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{126g/mol×cV×1{0}^{-3}mol}{mg}×100%$=$\frac{37.8cV}{m}%$；
故答案為：$\frac{37.8cV}{m}%$．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)制備為載體，考查學(xué)生對(duì)原理的分析理解、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)含量測(cè)定、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、信息獲取與遷移運(yùn)用等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．