Question

5．工業上常利用含硫廢水生產海波Na₂S₂O₃•5H₂O，實驗室可用如下裝置（略去部分夾持儀器）模擬生產過程．

燒瓶C中發生反應如下：
Na₂S+H₂O+SO₂=Na₂SO₃+H₂S               （Ⅰ）
2H₂S+SO₂=3S+2H₂O                     （Ⅱ）
S+Na₂SO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂S₂O₃                   （Ⅲ）
（1）儀器組裝完成后，關閉兩端活塞，向裝置B中的長頸漏斗內注入液體至形成一段液柱，若液柱高度保持不變，則整個裝置氣密性良好．裝置D的作用是防止倒吸．裝置E中為NaOH溶液．
（2）為提高產品純度，應使燒瓶C中Na₂S和Na₂SO₃恰好完全反應，則燒瓶C中Na₂S和Na₂SO₃物質的量之比為2：1．
（3）裝置B的作用之一是觀察SO₂的生成速率，其中的液體最好選擇c．
a．蒸餾水 b．飽和Na₂SO₃溶液c．飽和NaHSO₃溶液 d．飽和NaOH溶液
（4）反應終止后，燒瓶C中的溶液經蒸發濃縮即可析出Na₂S₂O₃•5H₂O，其中可能含有Na₂SO₃、Na₂SO₄等雜質．利用所給試劑（稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl₂溶液、AgNO₃溶液）設計實驗，檢測產品中是否存在Na₂SO₄，簡要說明實驗操作，現象和結論：取少量產品溶于足量稀鹽酸，靜置，取上層清液（或過濾，取濾液），滴加BaCl₂溶液，若出現沉淀則說明含有Na₂SO₄雜質．
已知Na₂S₂O₃•5H₂O遇酸易分解：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O
（5）為了測定某海波樣品的成分，稱取三份質量不同的該樣品，分別加入相同濃度的硫酸溶液20mL，充分反應后濾出硫，微熱濾液使生成的SO₂全部逸出．
測得有關實驗數據如表（標準狀況）：

	第一份	第二份	第三份
樣品的質量/g	12.60	18.90	28.00
二氧化硫的體積/L	1.12	1.68	2.24

所用硫酸溶液中溶質的物質的量濃度為5mol/L．

Answer 1

分析 （1）液柱高度保持不變，說明氣密性良好；D中左側為短導管，為安全瓶，防止倒吸；裝置E起到吸收尾氣中SO₂、H₂S的作用；
（2）根據題目所給3個反應，可得出對應關系：2Na₂S～2H₂S～3S～3 Na₂SO₃，2Na₂S反應時同時生成2Na₂SO₃，還需要1Na₂SO₃；
（3）SO₂易溶于水，能與Na₂SO₃溶液、NaHCO₃溶液反應，但在NaHSO₃溶液中溶解度較小；
（4）加入鹽酸，Na₂S₂O₃反應生成S沉淀，所以靜置后取上層清液，滴加BaCl₂溶液，檢驗溶液中是否含有硫酸根離子；
（5）硫酸的用量一定，由上述二氧化硫的體積可知，第一份、第二份中海波樣品完全反應，生成2.24LL二氧化硫需要海波質量為12.6g×$\frac{2.24L}{1.12L}$=25.2g＜28.00，故第三份中硫酸不足，結合反應：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O計算硫酸的物質的量，進而計算硫酸的物質的量濃度．

解答 解：（1）儀器組裝完成后，關閉兩端活塞，向裝置B中的長頸漏斗內注入液體至形成一段液柱，若液柱高度保持不變，則氣密性良好；D中左側為短導管，為安全瓶，防止倒吸；裝置E起到吸收尾氣中SO₂、H₂S的作用，可選用NaOH溶液，
故答案為：液柱高度保持不變；防止倒吸；NaOH；
（2）根據題目所給3個反應，可得出對應關系：2Na₂S～2H₂S～3S～3 Na₂SO₃，2Na₂S反應時同時生成2Na₂SO₃，還需要1Na₂SO₃，所以燒瓶C中Na₂S和Na₂SO₃物質的量之比為2：1，
故答案為：2：1；
（3）SO₂易溶于水，能與Na₂SO₃溶液、NaHCO₃溶液反應，但在NaHSO₃溶液中溶解度較小，故選：c；
（4）檢測產品中是否存在Na₂SO₄的實驗方案為：取少量產品溶于足量稀鹽酸、靜置、取上層清液（或過濾，取濾液）、滴加BaCl₂溶液，若出現沉淀則說明含有Na₂SO₄雜質，
故答案為：取少量產品溶于足量稀鹽酸、靜置、取上層清液（或過濾，取濾液）、滴加BaCl₂溶液，若出現沉淀則說明含有Na₂SO₄雜質；
（5）硫酸的用量一定，由上述二氧化硫的體積可知，第一份、第二份中海波樣品完全反應，生成2.24LL二氧化硫需要海波質量為12.6g×$\frac{2.24L}{1.12L}$=25.2g＜28.00，故第三份中硫酸不足，生成二氧化硫的物質的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，結合反應：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O，可知n（H⁺）=2n（SO₂）=0.2mol，故n（H₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（H⁺）=0.1mol，則硫酸的物質的量濃度為$\frac{0.1mol}{0.02L}$=5mol/L，
故答案為：5mol/L．

點評 本題考查實驗方案的分析與評價，涉及氣密性檢驗、離子檢驗、對操作的分析評價、化學計算等，側重實驗分析能力及知識綜合應用能力的考查，（2）為易錯點，可以利用總反應的分析，題目難度中等．