Question

20．硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）可由亚硫酸钠和硫粉通过化合反应制得．已知：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在．
（1）某研究小组设计了制备Na₂S₂O₃•5H₂O装置和部分操作步骤如下．

Ⅰ．打开K₁，关闭K₂，向圆底烧瓶中加入足量浓硫酸，加热．
Ⅱ．C中混合液被气流搅动，反应一段时间后，硫粉的量逐渐减少．当C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应，停止加热．
Ⅲ．过滤C中的混合液．
Ⅳ．将滤液加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品．
①Ⅰ中，圆底烧瓶中发生反应的化学方程式是Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
②Ⅱ中，“当C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应”的原因是Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在．“停止C中的反应”的操作是打开K₂，关闭K₁．
③Ⅲ中，“过滤”用到的玻璃仪器是（填仪器名称）漏斗、玻璃棒、烧杯．
④装置B中盛放的试剂是（填化学式）NaOH溶液，其作用是在C中的反应停止后，吸收A中产生的多余SO₂，防止空气污染．
（2）依据反应2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-，可用I₂的标准溶液测定产品的纯度．取5.5g产品，配制成100mL溶液．取10mL溶液，以淀粉溶液为指示剂，用浓度为0.050mol/L I₂的标准溶液进行滴定，相关数据记录如表所示．

编号	1	2	3	4
溶液的体积/mL	10.00	10.00	10.00	10.00
消耗I2标准溶液的体积/mL	19.99	19.98	17.13	20.03

①判断达到滴定终点的现象是加入最后一滴I₂标准溶液后，溶液变蓝，且半分钟内颜色不改变．
②Na₂S₂O₃•5H₂O在产品中的质量分数是（计算结果保留1位小数）90.2%．

Answer 1

分析 （1）在加热条件下，铜和浓硫酸发生氧化还原反应生成二氧化硫，所以A中发生的反应为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；打开K₁，关闭K₂，在C中Na₂CO₃和S、SO₂反应生成Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，所以酸性条件下不能存在，二氧化硫不能完全反应且二氧化硫有毒，会污染空气，所以用NaOH吸收未反应的SO₂；C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应，打开K₂，关闭K₁，二氧化硫有毒，应该用B中溶液吸收二氧化硫，二氧化硫属于酸性氧化物，且有还原性，所以可以碱性物质或氧化性物质吸收二氧化硫，
①铜和浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫气体；
②根据题目Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在的信息判断；
③根据过滤操作所需仪器判断；
④二氧化硫不能排放到空气中，应有尾气处理装置；
（2）①Na₂S₂O₃反应完毕，再加入碘的标准溶液，碘与淀粉变蓝色；
②第3次实验消耗标准液的体积与其它3次相差比较大，应舍弃，1、2、4次实验的标准液平均值为消耗标准液体积，由方程式可知n（Na₂S₂O₃•5H₂O）=n（S₂O₃^2-）=2n（I₂），进而计算Na₂S₂O₃•5H₂O在产品中的质量分数．

解答 解：（1）在加热条件下，铜和浓硫酸发生氧化还原反应生成二氧化硫，所以A中发生的反应为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；打开K₁，关闭K₂，在C中Na₂CO₃和S、SO₂反应生成Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃溶液具有弱碱性和较强的还原性，所以酸性条件下不能存在，二氧化硫不能完全反应且二氧化硫有毒，会污染空气，所以用NaOH吸收未反应的SO₂；C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应，打开K₂，关闭K₁，二氧化硫有毒，应该用B中溶液吸收二氧化硫，二氧化硫属于酸性氧化物，且有还原性，所以可以碱性物质或氧化性物质吸收二氧化硫，
①浓硫酸具有强氧化性，在加热的条件下能氧化单质铜，反应的化学方程式是Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
②生成的SO₂和碳酸钠反应生成亚硫酸钠和CO₂，由于Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在，所以C中碳酸钠的作用是起反应物作用及提供碱性环境，“停止C中的反应”的操作是打开K₂，关闭K₁，
故答案为：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在；打开K₂，关闭K₁；
③过滤时的主要玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒，故答案为：漏斗、玻璃棒、烧杯；
④SO₂是大气污染物，需要尾气处理，则装置B中盛放的试剂是氢氧化钠溶液，用来吸收SO₂，防止污染环境，
故答案为：NaOH；在C中的反应停止后，吸收A中产生的多余SO₂，防止空气污染；
（2）①加入最后一滴I₂标准溶液后，溶液变蓝，且半分钟内颜色不改变，说明Na₂S₂O₃反应完毕，滴定到达终点，
故答案为：加入最后一滴I₂标准溶液后，溶液变蓝，且半分钟内颜色不改变；
②第3次实验消耗标准液的体积与其它3次相差比较大，应舍弃，1、2、4次实验的标准液平均值为消耗标准液体积，即消耗标准液体积为$\frac{19.99+19.98+20.03}{3}$mL=20mL，由2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，可知5.5g样品中n（Na₂S₂O₃•5H₂O）=n（S₂O₃^2-）=2n（I₂）=2×0.02L×0.05mol/L×$\frac{100mL}{10mL}$=0.02mol，则m（Na₂S₂O₃•5H₂O）=0.02mol×248g/mol=4.96g，则Na₂S₂O₃•5H₂O在产品中的质量分数为$\frac{4.96g}{5.5g}$×100%=90.2%，
故答案为：90.2%．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高频考点，侧重考查学生的分析、实验和计算能力，涉及物质制备、物质的量的计算、离子方程式书写、基本操作等知识点，明确实验原理及物质性质是解本题关键，难度中等，注意（2）②实验3数据要舍去，为易错点．