Question

12．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定存在．
（1）某研究小組設計了制備Na₂S₂O₃•5H₂O的裝置和部分操作步驟如下．
Ⅰ．打開K_l，并閉K₂，向圓底燒瓶中加人足量濃硫酸，加熱．
Ⅱ．C中的混合液被氣流攪動，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．
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，圓底燒瓶中發生反應的化學方程式是：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
②Ⅱ中“停止C中的反應”的操作是打開K₂，關閉K₁．
③Ⅳ中將濾液加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干，得到產品．Na₂S₂O₃•5H₂O的溶解度隨溫度升高顯著增大，所得產品通過重結晶方法提純．
④裝置B的作用是在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^-1I₂的標準溶液進行滴定，相關數據記錄如下表所示．

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是90.2%（Na₂S₂O₃•5H₂O的式量為248，計算結果保留1位小數）．

Answer 1

分析 在加熱條件下，銅和濃硫酸發生氧化還原反應生成二氧化硫，所以A中發生的反應為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）①A裝置制備二氧化硫，Cu與濃硫酸在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫與水；
②不足通入二氧化硫，可以停止C中反應，用B裝置吸收A中多余的二氧化硫；
③Na₂S₂O₃•5H₂O的溶解度隨溫度升高顯著增大，產品通過重結晶方法提純；
④吸收A中產生的多余SO₂防止空氣污染；
（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．

解答 解：（1）①A裝置制備二氧化硫，Cu與濃硫酸在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫與水，反應方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
②不足通入二氧化硫，可以停止C中反應，用B裝置吸收A中多余的二氧化硫，Ⅱ中“停止C中的反應”的操作是：打開K₂，關閉K₁，
故答案為：打開K₂，關閉K₁；
③Na₂S₂O₃•5H₂O的溶解度隨溫度升高顯著增大，產品通過重結晶方法提純，
故答案為：重結晶；
④二氧化硫會污染空氣，裝置B的作用是：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，
故答案為：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$\frac{（19.99+19.98+20.03）mL}{3}$=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．