Question

14．連二亞硫酸鈉（Na₂S₂O₄）俗稱保險粉，是一種強(qiáng)還原劑，廣泛用于紡織工業(yè)．
（1）在一定溫度下，將足量SO₂氣體通入甲酸（HCOOH）和NaOH混合溶液中，即有保險粉生成同時生成一種氣體．該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaOH+HCOOH+2SO₂=Na₂S₂O₄+CO₂+2H₂O．
（2）保險粉可用于除去廢水中的重鉻酸根離子（Cr₂O₇^2-被轉(zhuǎn)化為Cr³⁺），這是目前除去酸性廢水中鉻離子的有效方法之一，則每消耗0.2mol保險粉，理論上可除去Cr₂O₇^2-的物質(zhì)的量為0.2mol
（3）Na₂S₂O₄溶液在空氣中易被氧化，某課題小組測定0.050mol•L^-1Na₂S₂O₄溶液在空氣pH變化如下圖1；

①0-t₁段主要生成HSO₃^-，根據(jù)pH變化圖，推測0-t₁發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-；
②t₃時溶液中主要陰離子是SO₄^2-，t₂-t₃階段pH變小的主要原因是HSO₃^-空氣中被氧化為硫酸，氫離子濃度增大．
③若t₁時溶液中Na₂S₂O₄全部被氧化成NaHSO₃，此時溶液中c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）=10^-5-10^-9mol•L^-1（填準(zhǔn)確值，不考慮溶液體積變化）．
（4）利用圖2所示裝置（電極均為惰性電極）也可使NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂S₂O₄，并獲得較濃的硫酸．
①a為電源的正極（填“正極”或“負(fù)極”）；
②陰極的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）SO₂氣體通入甲酸鈉的堿性溶液可以生成Na₂S₂O₄，根據(jù)元素守恒和電子得失守恒寫化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)電子得失守恒可知，保險粉與重鉻酸根離子反應(yīng)的關(guān)系式為Cr₂O₇^2-～Na₂S₂O₄，據(jù)此計算；
（3）①Na₂S₂O₄溶液在空氣中易被氧化生成亞硫酸氫鈉，結(jié)合電荷守恒和原子守恒書寫離子方程式；
②t₃時溶液的pH=1，說明溶液的酸性較強(qiáng)，因此亞硫酸氫鈉被氧化為硫酸氫鈉；t₂-t₃階段pH變小是氫離子濃度增大，說明是亞硫酸氫根離子被氧化為硫酸；
③若t₁時溶液中Na₂S₂O₄全部被氧化成NaHSO₃，溶液中電荷守恒和物料守恒計算得到；
（4）①NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂S₂O₄，元素化合價降低，亞硫酸氫鈉做氧化劑得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，b電極為電源的負(fù)極，亞硫酸氫鈉變化為硫酸，元素化合價升高失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則a電極為電源的正極，
②陰極是亞硫酸氫鈉被還原為Na₂S₂O₄，結(jié)合電荷守恒和原子守恒分析書寫電極反應(yīng)；

解答 解：（1）SO₂氣體通入甲酸鈉的堿性溶液可以生成Na₂S₂O₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaOH+HCOOH+2SO₂=Na₂S₂O₄+CO₂+2H₂O，
故答案為：2NaOH+HCOOH+2SO₂=Na₂S₂O₄+CO₂+2H₂O；
（2）根據(jù)電子得失守恒可知，保險粉與重鉻酸根離子反應(yīng)的關(guān)系式為Cr₂O₇^2-～Na₂S₂O₄，所以每消耗0.2mol保險粉，理論上可以除去Cr₂O₇^2-的物質(zhì)的量為0.2mol，
故答案為：0.2；
（3）①Na₂S₂O₄溶液在空氣中易被氧化生成亞硫酸氫鈉，則0～t₁段發(fā)生離子反應(yīng)方程式為：2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-．
故答案為：2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-；
②t₃時溶液的pH=1，說明溶液的酸性較強(qiáng)，因此亞硫酸氫鈉被氧化為硫酸氫鈉，則溶液中主要陰離子符號是SO₄^2-，
故答案為：SO₄^2-；
③若t₁時溶液中Na₂S₂O₄全部被氧化成NaHSO₃，溶液中電荷守恒為：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH-）+2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），物料守恒為：c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃），帶入計算得到c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）=c（H⁺）-c（OH^-）=10^-5-10^-9，
故答案為：10^-5-10^-9；
（4）①NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂S₂O₄，元素化合價降低，亞硫酸氫鈉做氧化劑得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，b電極為電源的負(fù)極，亞硫酸氫鈉變化為硫酸，元素化合價升高失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則a電極為電源的正極，
故答案為：正極；
②陰極是亞硫酸氫鈉在酸性溶液中被還原為Na₂S₂O₄，結(jié)合電荷守恒和原子守恒分析書寫電極反應(yīng)為：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O
故答案為：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；

點(diǎn)評 本題考查氧化還原反應(yīng)、水解反應(yīng)、物質(zhì)制備和檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計與探究，涉及對反應(yīng)原理、裝置及操作的分析評價、離子方程式的書寫等，注意對物質(zhì)性質(zhì)信息的應(yīng)用，難度中等．