Question

15．工業上常利用廢堿渣吸收硫酸廠尾氣實現資源的綜合利用，如制備應用廣泛的無水亞硫酸鈉．其制備流程如圖1：

（1）硫酸廠向大氣中排放SO₂導致的環境問題為酸雨．
（2）“吸收反應”中Na₂CO₃溶液與SO₂反應過程中溶液組成變化如圖2．圖中A點以前發生反應的離子方程式是2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-．
（3）“中和”中發生的主要反應的化學方程式是NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
（4）已知Na₂SO₃在33℃時溶解度最大，將其飽和溶液加熱至33℃以上時析出無水Na₂SO₃，冷卻至33℃以下時析出Na₂SO₃•7H₂O．請寫出結晶時的最佳操作在33～100℃之間某一溫度下，蒸發結晶．
（5）為檢驗Na₂SO₃成品是否變質，需選用的試劑是BaCl₂溶液、稀鹽酸．
（6）KIO₃滴定法可測定成品中Na₂SO₃的含量，室溫下將mg成品溶于水并加入淀粉做指示劑，用cmol/L酸性KI0₃標準溶液進行滴定至溶液恰好由無色變為藍色，消耗KI0₃標準溶液體積為VmL．
①達到滴定終點前發生反應的離子方程式為IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-；
②成品中Na₂SO₃的質量分數是$\frac{37.8cV}{m}%$．

Answer 1

分析 利用工業廢堿渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸廠尾氣中的SO₂制備無水Na₂SO₃，吸收塔中發生的反應為2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，為了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，從而提高結晶產率，中和器中加入的NaOH是過量的，加入氫氧化鈉進入中和器得到溶液結晶進入離心機干燥得到晶體，濾液重新進入吸收塔循環使用．
（1）二氧化硫在空氣中變化生成硫酸，會導致酸雨；
（2）由圖可知，初期反應（圖中A點以前）碳酸鈉與二氧化硫反應生成碳酸氫鈉與亞硫酸鈉；
（3）隨著二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亞硫酸氫鈉，中和器中主要是將亞硫酸氫鈉轉化為硫酸鈉，同時碳酸氫鈉反應得到碳酸鈉；
（4）已知Na₂SO₃在33℃時溶解度最大，將其飽和溶液加熱至33℃以上時析出無水Na₂SO₃，冷卻至33℃以下時析出Na₂SO₃•7H₂O，則制備無水硫酸鈉應在33～100℃之間某一溫度下，蒸發結晶；
（5）亞硫酸鈉變質生成硫酸鈉，檢驗硫酸根離子即可證明亞硫酸鈉是否變質；
（6）①IO₃^-與SO₃^2-發生氧化還原反應得到SO₄^2-與I^-，結合原子守恒、電荷守恒配平；
②根據離子方程式計算亞硫酸鈉的物質的量，進而計算其質量分數．

解答 解：（1）向大氣中排放SO₂會導致酸雨發生，SO₂氣體在空氣中經粉塵催化氧化為SO₃，SO₃與水反應能生成硫酸，有關反應的化學方程式為：2SO₂+O₂ $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2SO₃；SO₃+H₂O═H₂SO₄，或二氧化硫與水反應生成亞硫酸，又被氧化為硫酸，則SO₂形成硫酸型酸雨的反應為SO₂+H₂O?H₂SO₃、2H₂SO₃+O₂═2H₂SO₄；
故答案為：酸雨；
（2）由圖可知，初期反應（圖中A點以前）碳酸鈉與二氧化硫反應生成碳酸氫鈉與亞硫酸鈉，反應離子方程式為：2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，
故答案為：2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-；
（3）隨著二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亞硫酸氫鈉，中和器中主要是將亞硫酸氫鈉轉化為硫酸鈉，同時碳酸氫鈉反應得到碳酸鈉，主要反應化學方程式為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O，
故答案為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（4）已知Na₂SO₃在33℃時溶解度最大，將其飽和溶液加熱至33℃以上時析出無水Na₂SO₃，冷卻至33℃以下時析出Na₂SO₃•7H₂O，則制備無水硫酸鈉應在33～100℃之間某一溫度下，蒸發結晶；
故答案為：在33～100℃之間某一溫度下，蒸發結晶；
（5）亞硫酸鈉變質生成硫酸鈉，檢驗硫酸根離子即可證明亞硫酸鈉是否變質，用BaCl₂溶液、稀鹽酸反應，有白色沉淀生成說明成品變質，若無說明未變；
故答案為：BaCl₂溶液；稀鹽酸；
（6）①IO₃^-與SO₃^2-發生氧化還原反應得到SO₄^2-與I^-，離子方程式為：IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-；
故答案為：IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-；
②消耗KIO₃的物質的量為V×10^-3L×c mol/L=cV×10^-3mol，
由IO₃^-+3SO₃^2-=3SO₄^2-+I^-，可知n（Na₂SO₃）=3n（KIO₃）=3cV×10^-3mol
則成品中Na₂SO₃的質量分數為：$\frac{126g/mol×cV×1{0}^{-3}mol}{mg}×100%$=$\frac{37.8cV}{m}%$；
故答案為：$\frac{37.8cV}{m}%$．

點評 本題以物質制備為載體，考查學生對原理的分析理解、物質的分離提純、氧化還原反應、物質含量測定、實驗方案設計、信息獲取與遷移運用等，需要學生具備扎實的基礎，題目難度中等．