Question

1．Na₂S₂O₃•5H₂O是重要的化工原料．取126.0g Na₂SO₃，溶于800mL水配成溶液．另取一定量的硫粉加乙醇后和上述溶液混合．小火加熱至微沸，反應約1h后過濾．濾液經蒸發、濃縮、冷卻至10℃后析出Na₂S₂O₃•5H₂O粗晶體．
（1）加入乙醇的目的是加大Na₂SO₃和硫粉的接觸面積，加快反應速率．
（2）若將126.0g Na₂SO₃反應完全，理論上需要硫粉的質量為32.0g．
（3）濾液中除Na₂S₂O₃和未反應的Na₂SO₃外，最可能存在的無機雜質是Na₂SO₄．
（4）為測定所得粗晶體中Na₂S₂O₃•5H₂O和Na₂SO₃比例，現稱取三份質量不同的粗晶體，分別加入相同濃度的硫酸溶液30mL，充分反應（Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+S↓+H₂O）后濾出硫，微熱濾液使SO₂全部逸出．測得有關實驗數據如下表（氣體體積已換算為標準狀況）．

	第一份	第二份	第三份
樣品的質量/g	6.830	13.660	30.000
二氧化硫氣體的體積/L	0.672	1.344	2.688
硫的質量/g	0.800	1.600	3.200

求所用硫酸溶液的物質的量濃度及粗晶體中n（Na₂S₂O₃•5H₂O）、n（Na₂SO₃）的比值．（請寫出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）硫粉難溶于水、微溶于乙醇，乙醇濕潤可以使硫粉易于分散到溶液中；
（2）根據反應S+Na₂SO₃=Na₂S₂O₃，由Na₂SO₃的質量可計算出硫粉的質量；
（3）由于S₂O₃^2?具有還原性，易被氧氣氧化成硫酸根離子可知雜質為硫酸鈉；
（4）比較表中的三組數據，第二份樣品的質量是第一份的2倍，產生的氣體和硫也是2倍，所以在第一份和第二份中酸是足量的，第三份樣品是第二份樣品的質量的2倍多，但產生的氣體和硫只有第二份的2倍，所以第三份樣品中硫酸不足，故可根據第三份樣品參加 反應的有數據計算硫酸的物質的量，根據第一份或第二份樣品的相關數據，利用反應Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+S↓+H₂O和Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O可計算出n（Na₂S₂O₃•5H₂O）、n（Na₂SO₃）的比值．

解答 解：（1）硫粉難溶于水、微溶于乙醇，乙醇濕潤可以使硫粉易于分散到溶液中，所以加入乙醇加大Na₂SO₃和硫粉的接觸面積，加快反應速率，
故答案為：加大Na₂SO₃和硫粉的接觸面積，加快反應速率；
（2）126.0g Na₂SO₃即為1.0mol，根據反應S+Na₂SO₃=Na₂S₂O₃可知，126.0g Na₂SO₃反應完全，理論上需要硫粉的物質的量為1.0mol，所以硫粉的質量為32.0g，
故答案為：32.0g；
（3）由于S₂O₃^2?具有還原性，易被氧氣氧化成硫酸根離子可知雜質為硫酸鈉，所以濾液中除Na₂S₂O₃和未反應的Na₂SO₃外，最可能存在的無機雜質是Na₂SO₄，
故答案為：Na₂SO₄；
（4）比較表中的三組數據，第二份樣品的質量是第一份的2倍，產生的氣體和硫也是2倍，所以在第一份和第二份中酸是足量的，第三份樣品是第二份樣品的質量的2倍多，但產生的氣體和硫只有第二份的2倍，所以第三份樣品中硫酸不足，故可根據第三份樣品參加 反應的有數據計算硫酸的物質的量，根據第一份或第二份樣品的相關數據，所以在第三份反應中：
生成SO₂的物質的量n（SO₂，總）=2.688 L÷22.4 L•mol^-1=0.120 mol
生成S的物質的量n（S）=3.2 g÷32 g•mol^-1=0.100 mol
Na₂S₂O₃ +H₂SO₄ =Na₂SO₄ +SO₂↑+S↓+H₂O
1mol          1mol                      1mol
              n₁（H₂SO₄）            n₁（SO₂）  0.100 mol
n₁（H₂SO₄）=0.1 mol，n₁（SO₂）=0.100 mol
Na₂SO₃與H₂SO₄反應生成SO₂的物質的量n₂（SO₂）=0.12 mol-0.1 mol=0.0200 mol
Na₂SO₃ +H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O
1mol             1 mol
n₂ （H₂SO₄）0.0200 mol
n₂ （H₂SO₄）=0.0200 mol
所以硫酸溶液的濃度為：c（H₂SO₄）=（0.10 mol+0.02 mol）÷0.03 L=4.00 mol•L^-1
在第二份反應中H₂SO₄過量，Na₂S₂O₃•5H₂O和Na₂SO₃反應完全：
生成SO₂的物質的量n₃（SO₂）=1.344 L÷22.4 L•mol^-1=0.0600 mol
生成S的物質的量n（S）=1.6 g÷32 g•mol^-1=0.0500 mol
所以n（Na₂S₂O₃）=0.0500 mol
n（Na₂SO₃）=0.0600 mol-0.0500 mol=0.0100 mol
所以n（Na₂S₂O₃•5H₂O）：n（Na₂SO₃）=0.0500 mol：0.0100 mol=5：1，
答：所用硫酸溶液的物質的量濃度為4 mol•L^-1，粗晶體中n（Na₂S₂O₃•5H₂O）、n（Na₂SO₃）的比值為 5：1．

點評 本題考查了化學實驗基本操作方法及實驗分析、根據化學方程式進行計算等知識，題目難度中等，充分考查了學生對所學知識的應用能力、分析問題的能力和計算能力．