Question

3．焦亞硫酸鈉（Na₂S₂O₅）是常用的食品抗氧化劑之一．某研究小組進行如下實驗：采用如圖1裝置（實驗前已除盡裝置內(nèi)的空氣）制取Na₂S₂O₅．
已知：①裝置Ⅱ中有Na₂S₂O₅晶體析出，發(fā)生的反應為Na₂SO₃+SO₂═Na₂S₂O₅．
②Na₂S₂O₅晶體在空氣中被氧化生成Na₂SO₄．

（1）裝置Ⅰ中產(chǎn)生氣體的化學方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O．
（2）要從裝置Ⅱ中獲得已析出的晶體，可采取的分離方法是過濾．
（3）裝置Ⅲ用于處理尾氣，可選用的最合理裝置（圖2）（夾持儀器已略去）為d（填序號）．
（4）檢測Na₂S₂O₅晶體在空氣中已被氧化的實驗方案是取少量Na₂S₂O₅晶體于試管中，加適量水溶解，滴加足量鹽酸，振蕩，再滴入氯化鋇溶液，有白色沉淀生成．
（5）為了研究干燥的Cl₂與干燥SO₂反應及進行程度．用如圖3所示裝置收集滿干燥的Cl₂，再通入干燥SO₂，集氣瓶中立即產(chǎn)生無色液體SO₂Cl₂，充分反應后，將液體和剩余氣體分離．繼續(xù)用NaOH溶液吸收分離出的氣體，用足量稀鹽酸酸化后，再滴加BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，該白色沉淀是白色沉淀是BaSO₄，由此可知反應后剩余氣必然存在混合氣體中必然存在SO₂和Cl₂兩種氣體氣體，綜合實驗信息，請寫出干燥的SO₂與Cl₂反應的化學方程式SO₂+Cl₂$\stackrel{活性炭}{?}$SO₂Cl₂．

Answer 1

分析 本題是制取Na₂S₂O₅的實驗探究，考查了反應制備原理、反應混合物的分離及尾氣處理，因Na₂S₂O₅晶體在空氣中被氧化生成Na₂SO₄，利用SO₄^2-的檢驗來分析有沒有變質(zhì)，另外還考查了SO₂和Cl₂反應原理的探究，只要根據(jù)氧化還原反應及質(zhì)量守恒及可解決相關(guān)問題；
（1）由裝置Ⅱ中發(fā)生的反應可知，裝置Ⅰ中產(chǎn)生的氣體為SO₂，亞硫酸鈉與硫酸反應生成硫酸鈉、二氧化硫與水；
（2）裝置Ⅱ中獲得已析出的晶體，分離固體與液態(tài)，應采取過濾操作；
（3）裝置Ⅲ用于處理尾氣，吸收為反應的二氧化硫，應防止倒吸，且不能處于完全密閉環(huán)境中；
（4）Na₂S₂O₅晶體在空氣中易被氧化為Na₂SO₄，用鹽酸、氯化鋇溶液檢驗樣品中是否含有硫酸根即可；
（5）用NaOH溶液吸收分離出的氣體，所得混合液用足量稀鹽酸酸化后，再滴加BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，可知原溶液里有SO₄²，得到的白色沉淀為BaSO₄，結(jié)合單一SO2或Cl2和混合氣體通入NaOH溶液的情況分析，可推測混合氣體的成份．

解答 解：（1）由裝置Ⅱ中發(fā)生的反應可知，裝置Ⅰ中產(chǎn)生的氣體為SO₂，亞硫酸鈉與硫酸反應生成硫酸鈉、二氧化硫與水，反應方程式為：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，
故答案為：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O；
（2）裝置Ⅱ中獲得已析出的晶體，分離固體與液態(tài)，應采取過濾進行分離，
故答案為：過濾；
（3）a．裝置應將導管深入氨水中可以吸收二氧化硫，但為密閉環(huán)境，裝置內(nèi)壓強增大易產(chǎn)生安全事故，故錯誤；
b．該裝置吸收二氧化硫能力較差，且為密閉環(huán)境，裝置內(nèi)壓強增大易產(chǎn)生安全事故，故錯誤；
c．該裝置不能吸收二氧化硫，所以無法實現(xiàn)實驗目的，故錯誤；
d．該裝置中氫氧化鈉與二氧化硫反應，可以吸收，且防止倒吸，故正確；
故答案為：d；
（4）Na₂S₂O₅中S元素的化合價為+4價，因此會被氧化為為+6價，即晶體在空氣中易被氧化為Na₂SO₄，用鹽酸、氯化鋇溶液檢驗樣品中是否含有硫酸根即可，實驗方案為：取少量Na₂S₂O₅晶體于試管中，加入適量水溶解，滴加鹽酸，振蕩，再滴加氯化鋇溶液，有白色沉淀生成，
故答案為：取少量Na₂S₂O₅晶體于試管中，加入適量水溶解，滴加鹽酸，振蕩，再滴加氯化鋇溶液，有白色沉淀生成；
（5）生成的白色沉淀為BaSO₄，說明NaOH溶液吸收分離出的氣體成分不是單一的SO2或Cl2，而是二者的混合氣體，在水溶液里發(fā)生了氧化還原反應，生成了硫酸根離子，同時也可知SO2與Cl2生成SO2Cl2的反應是可逆反應，因為反應物的轉(zhuǎn)化率沒有達到100%，故答案為：白色沉淀是BaSO₄；混合氣體中必然存在SO₂和Cl₂兩種氣體；SO₂+Cl₂$\stackrel{活性炭}{?}$SO₂Cl₂．

點評 本題考查物質(zhì)的制備實驗、實驗方案設計、物質(zhì)含量的測定、氧化還原反應滴定等，難度中等，明確實驗原理是解本題關(guān)鍵，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)分析解答，注意元素化合物知識的積累和靈活運用