Question

2．硫代硫酸鈉又名“大蘇打”，溶液具有弱堿性和較強的還原性，是棉織物漂白后的脫氯劑，定量分析中的還原劑．硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）可由亞硫酸鈉和硫粉通過化合反應制得，裝置如圖1所示．

已知：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能穩定存在，有關物質的溶解度曲線如圖2所示．
（1）Na₂S₂O₃•5H₂O的制備：
步驟1：只檢查A裝置氣密性的操作是關閉K₁、K₂，打開上部玻璃塞，向分液漏斗中加水，一段時間后漏斗中液面不再下降，說明氣密性良好．
步驟2：加入藥品，打開K₁、關閉K₂，加熱．裝置B、D中的藥品可選用下列物質中的ABCD（填編號）
A．NaOH溶液                B．溴水
C．酸性KMnO₄溶液           D．飽和NaHCO₃溶液
步驟3：C中混合液被氣流攪動，反應一段時間后，硫粉的量逐漸減少．
步驟4：過濾C中的混合液，將濾液經過加熱濃縮，趁熱過濾，得到Na₂CO₃（填化學式），再將濾液冷卻結晶（填操作名稱）、過濾、洗滌、烘干，得到產品．
（2）制得的粗晶體中往往含有少量雜質．為了測定粗產品中Na₂S₂O₃•5H₂O的含量，一般采用在酸性條件下用KMnO₄標準液滴定的方法（假定粗產品中雜質與酸性KMnO₄溶液不反應）．
稱取1.92g的粗樣品溶于水，用0.40mol/L KMnO₄溶液（加入適量硫酸酸化）滴定，當溶液中S₂O₃^2-全部被氧化為SO₄^2-時，消耗KMnO₄溶液體積20.00mL．試回答：
①KMnO₄溶液置于酸式 （填“酸式”或“堿式”）滴定管中．
②滴定終點時的顏色變化：溶液由無色變為淺紅色，半分鐘內不褪色．
③產品中Na₂S₂O₃•5H₂O的質量分數為64.4%．

Answer 1

分析 （1）步驟1：利用氣體壓強與體積成反比性質，檢驗A裝置氣密性；
步驟2：裝置B、D的作用是進行尾氣處理，防止尾氣中二氧化硫污染空氣；
步驟3：C中混合液被氣流攪動，反應一段時間后，硫粉的量逐漸減少；
步驟4：從溶液中獲得晶體，需要加熱濃縮，趁熱過濾，得到Na₂CO₃，再將濾液冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干，得到產品；
（2）①酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能夠氧化堿式滴定管的橡膠管，只能使用酸式滴定管；
②反應結束前溶液為無色，反應結束后溶液中高錳酸根離子過量，溶液變為淺紅色；
③根據n=cV計算出1.92g樣品消耗的高錳酸鉀的物質的量，根據根據反應計算出樣品中含有Na₂S₂O₃•5H₂O的物質的量，再根據質量分數的表達式計算出產品中Na₂S₂O₃•5H₂O的質量分數．

解答 解：（1）步驟1：利用氣體壓強與體積成反比性質，檢驗A裝置氣密性，具體操作為：關閉K₁、K₂，打開上部玻璃塞，向分液漏斗中加水，一段時間后漏斗中液面不再下降，說明氣密性良好；
步驟2：裝置B、D的作用是進行尾氣處理，防止尾氣中二氧化硫污染空氣，二氧化硫具有還原性，可以用酸性高錳酸鉀溶液或者溴水氧化吸收，二氧化硫能與氫氧化鈉溶液、碳酸氫鈉溶液反應被吸收，故選：ABCD；
步驟3：C中混合液被氣流攪動，反應一段時間后，硫粉的量逐漸減少，
步驟4：從溶液中獲得晶體，需要加熱濃縮，趁熱過濾，得到Na₂CO₃，再將濾液冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干，得到產品，
故答案為：關閉K₁、K₂，打開上部玻璃塞，向分液漏斗中加水，一段時間后漏斗中液面不再下降，說明氣密性良好；ABCD；Na₂CO₃；冷卻結晶；
（2）①由于酸性高錳酸鉀溶液能夠氧化堿式滴定管的橡膠管，所以滴定過程中酸性高錳酸鉀溶液不能用堿式滴定管盛放，應該用酸式滴定管，
故答案為：酸式；
②依據標定的原理可知，反應結束前溶液為無色，反應結束后溶液中高錳酸根離子過量，溶液變為淺紅色，所以滴定終點的現象為：溶液由無色變為淺紅色，半分鐘內不褪色，
故答案為：溶液由無色變為淺紅色，半分鐘內不褪色；
③20mL 0.40mol/L KMnO₄溶液中含有高錳酸鉀的物質的量為n（KMnO₄）=0.40mol/L×0.02L=0.008mol，
根據反應5S₂O₃^2-+8MnO₄^-+14H⁺═8Mn²⁺+10SO₄^2-+7H₂O可知，1.28g的粗樣品含有Na₂S₂O₃•5H₂O的物質的量為：n（Na₂S₂O₃•5H₂O）=n（S₂O₃^2-）=$\frac{5}{8}$×n（KMnO₄）=0.005mol，
產品中Na₂S₂O₃•5H₂O的質量分數為：$\frac{248g/mol×0.005mol}{1.92g}$×100%=64.4%，
故答案為：64.4%．

點評 本題通過Na₂S₂O₃•5H₂O的制備，考查了物質性質實驗方案設計方法，為高考的高頻題，難度中等，正確理解題干信息明確制備原理為解答此類題的關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力，是一道質量較高的題目．