Question

【題目】焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)有廣泛的用途，實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)如下方法制備:

①不斷攪拌條件下，在飽和Na2CO3溶液中緩緩?fù)ㄈ隨O2至反應(yīng)完全；

②取下三頸燒瓶，測(cè)得反應(yīng)液的pH=4.1；

③將溶液蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、過(guò)濾得焦亞硫酸鈉晶體。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

（1）實(shí)驗(yàn)室可利用Na2SO3和較濃的硫酸制備少量SO2氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________。硫酸濃度太大不利于SO2氣體逸出，原因是_____________。制備、收集干燥的SO2氣體時(shí)，所需儀器如下。裝置A是氣體發(fā)生裝置，按氣流方向連接各儀器口，順序?yàn)閍→____→____→____→____→f。裝置D的作用是__________。

（2）步驟①反應(yīng)的離子方程式為________________，合成Na2S2O5的總化學(xué)方程式為__________________。

（3）在強(qiáng)堿性條件下利用Na2S2O5氧化HCOONa的方法可制備保險(xiǎn)粉連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)，反應(yīng)的離子方程式為___________。

（4）工業(yè)上用焦亞硫酸鈉法制備保險(xiǎn)粉帶來(lái)的主要問(wèn)題是廢水中含有大量的有機(jī)物，有機(jī)物總含碳量用TOC表征，常采用Fenton 氧化法去除廢水中的有機(jī)物，即通過(guò)向廢水中加入H2O2，以Fe2+作催化劑，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·OH)來(lái)氧化降解廢水中的有機(jī)物。

①其他條件一定時(shí)，n(H2O2 )∶n(Fe2+)的值對(duì)TOC 去除效果的影響如圖1所示:

當(dāng)TOC的去除率最大時(shí)，n(H2O2)∶n(Fe2+)=____。

②在pH=4.5，其他條件一定時(shí)，H2O2的加入量對(duì)TOC 去除效果的影響如圖2所示，當(dāng)H2O2的加入量大于40 mL·L-1時(shí)，TOC 去除率反而減小的原因是_______________________________________。

Answer 1

【答案】Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O 濃硫酸中只有少量H2SO4電離，c(H+)很小，導(dǎo)致復(fù)分解反應(yīng)速率慢 d e c b 防止倒吸 CO32—+2SO2+H2O=2HSO3—+CO2 Na2CO3+2SO2=Na2S2O5+CO2 HCOO-+S2O52—+OH-= CO32—+ S2O42—+H2O 1 酸性條件下H2O2直接與Fe2+反應(yīng)，導(dǎo)致溶液中羥基自由基(·OH)濃度減小，使得TOC去除率下降

【解析】

(1) 實(shí)驗(yàn)室用Na2SO3和硫酸制備少量SO2氣體時(shí)，若硫酸濃度太大，則c(H+)較小，導(dǎo)致復(fù)分解反應(yīng)速率慢，若硫酸濃度太小，則由于SO2氣體易溶于水，也不利于SO2氣體逸出；

收集SO2時(shí)，應(yīng)先干燥，再收集——向上排空氣法(長(zhǎng)進(jìn)短出)；又因SO2易溶于水，要有防倒吸裝置(安全裝置)；

(2) 反應(yīng)終止時(shí)溶液的pH=4.1，可推測(cè)反應(yīng)的產(chǎn)物是NaHSO3而不是Na2SO3，NaHSO3是弱酸的酸式鹽，書(shū)寫(xiě)離子方程式時(shí)要注意拆分形式；起始原料是SO2和Na2CO3，目標(biāo)產(chǎn)物是Na2S2O5，根據(jù)質(zhì)量守恒可寫(xiě)出化學(xué)方程式；

(3) 書(shū)寫(xiě)該氧化還原反應(yīng)方程式的關(guān)鍵是確定HCOONa的氧化產(chǎn)物，在強(qiáng)堿性條件下，HCOONa中+2價(jià)碳必被氧化為CO32—；

（4）①去除率最高時(shí)，TOC的含量最低，由圖1可得此時(shí)n(H2O2)∶n(Fe2+)=1；

②當(dāng)H2O2的加入量大于40 mL·L-1時(shí)，隨著H2O2含量增加去除率反而降低，說(shuō)明H2O2必參加了其他副反應(yīng)。

(1)①亞硫酸鈉和硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、硫酸鈉和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O,故答案為Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O；

②若硫酸濃度太大，主要以硫酸分子存在，溶液中c(H+)較小，導(dǎo)致復(fù)分解反應(yīng)速率慢；若硫酸濃度太小，由于SO2氣體易溶于水，不利于SO2氣體逸出，故答案為濃硫酸中只有少量H2SO4電離，c(H+)很小，導(dǎo)致復(fù)分解反應(yīng)速率慢；

③裝置A用以制備二氧化硫氣體、裝置C用以干燥二氧化硫氣體、裝置B用向上排空氣法收集比空氣密度大的二氧化硫氣體、裝置D和E用以吸收二氧化硫氣體，則按氣流方向連接各儀器口，順序?yàn)閍→d→e→c→b→f；二氧化硫易溶于氫氧化鈉溶液，D為安全瓶，可防止倒吸，故答案為d、e、c、b；防止倒吸；

（2）由反應(yīng)終止時(shí)溶液的pH=4.1可知，步驟①為向Na2CO3過(guò)飽和溶液中通入SO2，發(fā)生反應(yīng)生成NaHSO3和CO2，反應(yīng)的離子方程式為2SO2+CO32-+H2O=2HSO3-+CO2，合成Na2S2O5的總反應(yīng)為Na2CO3和SO2反應(yīng)生成Na2S2O5和CO2反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2CO3+2SO2═Na2S2O5+CO2，故答案為2SO2+CO32-+H2O=2HSO3-+CO2；Na2CO3+2SO2═Na2S2O5+CO2；

（3）由題給信息可知，Na2S2O5氧化HCOONa的方法可制備N(xiāo)a2S2O4時(shí)，S元素化合價(jià)由+4價(jià)降低為+3價(jià)，則在強(qiáng)堿性條件下，HCOONa中+2價(jià)碳必被氧化為CO32—，反應(yīng)的離子方程式為：HCOO-+S2O52—+OH-= CO32—+ S2O42—+H2O，故答案為HCOO-+S2O52—+OH-= CO32—+ S2O42—+H2O；

（4）①去除率最高時(shí)，TOC的含量最低，由圖1可得此時(shí)n(H2O2)∶n(Fe2+)=1，故答案為1；

②當(dāng)H2O2的加入量大于40 mL·L-1時(shí)，隨著H2O2含量增加去除率反而降低，說(shuō)明酸性條件下H2O2直接與Fe2+反應(yīng)，導(dǎo)致溶液中羥基自由基(·OH)濃度減小，使得TOC去除率下降，故答案為酸性條件下H2O2直接與Fe2+反應(yīng)，導(dǎo)致溶液中羥基自由基(·OH)濃度減小，使得TOC去除率下降。