Question

4．化學科研小組的同學在精確測試Na₂SO₃溶液的pH時，遇到了困惑．為此，他們進行了冷靜的思考和準備，決心重新實驗，揭開奧秘．請你了解情況，參與交流討論．
[查閱資料]①常溫下0.1mol•L^-1的H₂SO₃溶液的pH約為2.1．
②通常情況下，H₂S為無色，有腐蛋臭味的氣體，其水溶液稱為氫硫酸．常溫下0.1mol•L^-1的H₂S溶液的pH約為4.5．
[實驗操作]①準確稱取純凈的Na₂SO₃•7H₂O晶體25.20g，配成1L水溶液，測得其pH=7.8．
②以坩堝再次準確稱取25.20g上述晶體，繼而隔絕空氣在600℃以上高溫下強熱至恒重（只有硫元素的化合價變化成最高價和最低價），質量為12.60g．
③將②所得之12.60g固體進行元素定性定量分析，組成與Na₂SO₃無異．將其溶于水得250mL溶液，測得pH=10.3．
[分析猜想]Na₂SO₃•7H₂O在強熱下，失去結晶水，進而發生了分解反應（自身氧化還原反應）
[交流討論]
（1）實驗操作②中除坩堝、酒精燈、三角架及隔絕空氣的設備外，還需要的儀器有坩堝鉗、泥三角．
（2）給Na₂SO₃•7H₂O加熱時要隔絕空氣，請以簡要的文字和化學方程式給以說明．避免Na₂SO₃被空氣中氧氣氧化，2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄．
（3）猜想Na₂SO₃在高溫強熱下發生分解反應的化學方程式是4Na₂SO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂S+3Na₂SO₄．
（4）實驗①和③中，兩次測得的溶液pH相差明顯，其合理的解釋是實驗③的溶液中可能有Na₂S，相同條件下，S^2-水解程度大于SO₃^2-，溶液的堿性強．實驗③中溶液的pH=10.3的原理是（以相關的離子方程式表示）S^2-+H₂O?HS^-+OH^-．
（5）請你設計簡單的實驗方案，給上述分析、猜想及解釋以佐證．請簡單敘述實驗步驟、現象和結論．�、廴芤哼m量于試管中，向其中加稀H₂SO₄，如有腐蛋氣味氣體生成，則證明有S^2-；另�、壑腥芤哼m量于試管中，加入HCl酸化的BaCl₂，如有白色沉淀生成，證明有SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）坩堝灼燒晶體的裝置和操作選擇需要的儀器；
（2）亞硫酸鈉具有強的還原性，易被氧氣氧化為硫酸鈉；
（3）Na₂SO₃在高溫強熱下發生分解反應是一個自身氧化還原反應，會生成低價硫和高價硫；
（4）硫離子和亞硫酸根離子均能發生水解使得溶液顯堿性，水解程度不一樣而堿性強弱不一樣；
（5）根據硫離子能和酸反應生成硫化氫、硫酸根離子可以和鋇離子反應生成硫酸鋇來回答．

解答 解：（1）實驗操作②中除坩堝、酒精燈、三角架及隔絕空氣的設備外，還需要的儀器有泥三角、坩堝鉗，
故答案為：泥三角、坩堝鉗；
（2）亞硫酸鈉具有強的還原性，Na₂SO₃•7H₂O加熱時要隔絕空氣，防止亞硫酸鈉被氧氣氧化為硫酸鈉，即2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄；
故答案為：避免Na₂SO₃被空氣中氧氣氧化，2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄；
（3）Na₂SO₃在高溫強熱下發生分解反應是一個自身氧化還原反應，會生成-2價硫和+6價的硫，反應為：4Na₂SO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂S+3Na₂SO₄，
故答案為：4Na₂SO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂S+3Na₂SO₄；
（4）硫離子和亞硫酸根離子均能發生水解使得溶液顯堿性，實驗①和③中，兩次測得的溶液pH相差明顯，是因為二者的水解程度不一樣而導致堿性強弱不一樣，實驗③中溶液的pH=10.3的原理是S^2-+H₂O?HS^-+OH^-，
故答案為：實驗③的溶液中可能有Na₂S，相同條件下，S^2-水解程度大于SO₃^2-，溶液的堿性強；S^2-+H₂O?HS^-+OH^-；
（5）硫離子能和酸反應生成硫化氫，硫離子的檢驗方法：取③溶液適量于試管中，向其中加稀H₂SO₄，如有腐蛋氣味氣體生成，則證明有S^2-，硫酸根離子可以和鋇離子反應生成硫酸鋇，硫酸根離子的檢驗方法：另取③中溶液適量于試管中，加入HCl酸化的BaCl₂，如有白色沉淀生成，證明有SO₄^2-，
故答案為：�、廴芤哼m量于試管中，向其中加稀H₂SO₄，如有腐蛋氣味氣體生成，則證明有S^2-；另�、壑腥芤哼m量于試管中，加入HCl酸化的BaCl₂，如有白色沉淀生成，證明有SO₄^2-．

點評 本題是一道信息遷移題，考查學生對知識的綜合程度和解決問題的能力，難度中等．充分利用題給信息“①常溫下0.1mol•L^-1的H₂SO₃溶液的pH約為2.1．②通常情況下，H₂S為無色，有腐蛋臭味的氣體，其水溶液稱為氫硫酸．常溫下0.1mol•L^-1的H₂S溶液的pH約為4.5及Na₂SO₃•7H₂O在強熱下，失去結晶水，進而發生了分解反應（自身氧化還原反應）”是解題關鍵．