Question

6．某課外學習小組在學習了Na₂O₂與CO₂的反應后，認為Na₂O₂與SO₂應該也可以反應．他們設計了下圖裝置（夾持裝置已略去，裝置的氣密性良好）進行實驗，探究SO₂與Na₂O₂反應的產物，請按要求回答下列問題．

寫出裝置A中發生反應的化學方程式：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O．
裝置D的作用：除了可以防止空氣中的CO₂、水蒸氣等進入C中與Na₂O₂反應，還可以吸收尾氣在通入足量的SO₂與Na₂O₂充分反應后，他們對C中固體產物提出如下假設：
假設1：只有Na₂SO₃；假設2：只有Na₂SO₄；假設3：既有Na₂SO₃，又有Na₂SO₄．
（1）若假設1成立，寫出SO₂與Na₂O₂反應的化學方程式：2Na₂O₂+2SO₂=2Na₂SO₃+O₂↑．
（2）為進一步確定C中反應后固體產物的成分（Na₂O₂已反應完全），甲同學設計了如下實驗：

甲同學由此得出結論：產物是Na₂SO₄，該方案是否合理否否（填“是”或“否”），理由是硝酸有強氧化性，硝酸可以將BaSO₃沉淀氧化為BaSO₄
（3）乙同學設計了如下實驗驗證假設3成立，請幫助他完成下表．

實驗步驟	現象
①取少量C中固體產物于試管中，加入適量的蒸餾水溶解．	固體全部溶解
②向上試管中加入過量的稀鹽酸，將產生的氣體通入少量酸性KMnO4溶液中．	KMnO4溶液紫色褪去
③向步驟②反應后的試管中，加入適量的BaCl2溶液．	產生白色沉淀

步驟②中將產生的氣體通入少量酸性KMnO₄溶液中，發生反應的離子方程式為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 裝置A中亞硫酸鈉與硫酸反應生成硫酸鈉、二氧化硫氣體和水；裝置D還能夠吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣；類比過氧化鈉與二氧化碳氣體的反應，過氧化鈉與二氧化硫反應可能生成亞硫酸鈉和氧氣，過氧化鈉具有強氧化性，反應產物可能為硫酸鈉，據此完成假設；
（1）假設1：只有Na₂SO₃，說明過氧化鈉與二氧化硫反應生成亞硫酸鈉和氧氣，據此寫出反應的化學方程式；
（2）硝酸有強氧化性，能把亞硫酸根離子氧化成硫酸根離子；
（3）要做驗證固體有Na₂SO₃和Na₂SO₄，可以檢驗SO₃^2-與SO₄^2-，先用稀鹽酸將亞硫酸根離子轉化成二氧化硫，用高錳酸鉀溶液檢驗二氧化硫；然后用氯化鋇溶液具有硫酸根離子即可．

解答 解：裝置A中亞硫酸鈉與硫酸反應的離子方程式為：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O；裝置D起到的作用是防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入C裝置與Na₂O₂反應，還起到了吸收過量的SO₂，避免污染空氣；二氧化硫與過氧化鈉反應的方程式可能為：2Na₂O₂+2SO₂=2Na₂SO₃+O₂↑，有可能為：Na₂O₂+SO₂=Na₂SO₄，所以假設假設1：只有Na₂SO₃；假設3：既有Na₂SO₃，又有Na₂SO₄；產物還可能只有硫酸鈉，所以假設2為：只有Na₂SO₄，
故答案為：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O；吸收尾氣（未反應完全的SO₂氣體），防止污染空氣；只有Na₂SO₄ ；
（1）根據假設1可知，反應產物只有亞硫酸鈉，說明過氧化鈉與二氧化硫反應生成亞硫酸鈉和氧氣，反應的化學方程式為：2Na₂O₂+2SO₂=2Na₂SO₃+O₂↑，
故答案為：2Na₂O₂+2SO₂=2Na₂SO₃+O₂↑；
（2）生成的白色沉淀中如果含有亞硫酸鋇，加入硝酸后，會將亞硫酸鋇氧化為硫酸鋇，不能確定產物是Na₂SO₃還是Na₂SO₄或二者兼有，故不能得出產物只有Na₂SO₄的結論，
故答案為：否；硝酸有強氧化性，硝酸可以將BaSO₃沉淀氧化為BaSO₄；
（3）要做驗證固體有Na₂SO₃和Na₂SO₄，可以檢驗SO₃^2-與SO₄^2-，實驗方案為：①取少量C中固體產物于試管中，加入適量的蒸餾水溶解，固體完全溶解；②向上試管中加入過量的稀鹽酸，將亞硫酸鈉完全轉化成二氧化碳氣體，將產生的氣體通入少量酸性KMnO₄溶液中，高錳酸鉀溶液褪色，證明產物中含有亞硫酸鈉；③向步驟②反應后的試管中，加入適量的BaCl₂溶液，產生白色沉淀，該白色沉淀為硫酸鋇，說明原溶液中含有硫酸鈉，從而證明假設3成立；
二氧化硫具有還原性，能夠被酸性高錳酸鉀溶液氧化，反應的離子方程式為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：稀鹽酸； 紫色褪去（褪色）； 2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．

點評 本題考查性質實驗方案設計，題目難度較大，理解反應原理是解答關鍵，需要學生具有扎實的基礎知識與綜合運用知識分析解決問題的能力，注意掌握常見物質的性質及檢驗方法，明確性質實驗方案設計與評價的原則．