Question

6．亞硫酸鈉在印染、造紙等眾多行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用．研究小組用Na₂CO₃溶液吸收SO₂制備Na₂SO₃．其實驗流程如圖1

查閱資料可知，向碳酸鈉溶液通入二氧化硫的過程中，溶液中有關(guān)組分的質(zhì)量分數(shù)變化如圖2是所示．
（1）圖2中的線2表示的組分為NaHCO₃（填化學(xué)式）
（2）實驗時，“反應(yīng)II”中加入NaOH溶液的目的是NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要）（用化學(xué)方程式表示）
（3）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定產(chǎn)品中Na₂SO₃的質(zhì)量分數(shù)≥97.0%為優(yōu)等品，≥93.0%為一等品．為了確定實驗所得產(chǎn)品的等級，研究小組采用了兩種方法進行測定．
①方法I：稱取2.570g產(chǎn)品，用蒸餾水溶解，加入足量的雙氧水使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄，再加入過量的BaCl₂溶液，所得沉淀經(jīng)過過濾、洗滌、干燥后稱量，質(zhì)量為4.660g，通過計算確定產(chǎn)品中Na₂SO₃的質(zhì)量分數(shù)m（BaSO₄）=4.660g，n（BaSO₄）=$\frac{4.660g}{233g/mol}$=0.020mol，則經(jīng)氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，m（Na₂SO₄）=0.020mol×142g/mol=2.840g，根據(jù)差量法，原混合物中的Na₂SO₃：n（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$，m（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$×126g/mol=2.12625g，w（Na₂SO₃）=$\frac{2.1262g}{2.570g}$×100%≈82.73%．
如若不考慮雜質(zhì)，則n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126g/mol=2.520g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.520g}{2.570g}$×100%≈98.05%．（寫出計算過程）
②方法II：稱取1.326g產(chǎn)品，配成100mL溶液，取25.00mL該溶液，滴加0.1250mol/L I₂溶液，恰好使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄時，消耗I₂溶液20.00mL．通過計算確定產(chǎn)品中Na₂SO₃的質(zhì)量分數(shù)n（Na₂SO₃）=n（I₂）=20.00mL×10^-3L/mL×0.1250mol/L=0.0025mol，m（Na₂SO₃）=0.0025mol×126g/mol×$\frac{100ml}{2500ml}$=1.260g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{1.260g}{1.326g}$×100%≈95.02%．（寫出計算過程）
③判斷Na₂SO₃產(chǎn)品的等級，并說明理由方案I中的產(chǎn)品為優(yōu)等品，方案II中的產(chǎn)品為一等品．但是方案I產(chǎn)品中含有的硫酸鈉和碳酸鈉等雜質(zhì)，在方案I的測定中，硫酸鈉和碳酸鈉雜質(zhì)對測定有干擾，而方案II是直接測定亞硫酸鈉，可信度和精確度都要更高一些．

Answer 1

分析 碳酸鈉溶液中通入二氧化硫依次發(fā)生的反應(yīng)為Ⅰ：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃，2NaHCO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，反應(yīng)Ⅱ是加入氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要），SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），得到亞硫酸鈉溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾洗滌得到Na₂SO₃．
（1）依據(jù)反應(yīng)過程和圖象曲線變化可知，圖象3表示的是亞硫酸鈉，圖象2表示的是碳酸氫鈉；
（2）“反應(yīng)II”中加入NaOH溶液的目的是和亞硫酸氫鈉反應(yīng)得到亞硫酸鈉；
（3）①方法I稱取2.570g產(chǎn)品，用蒸餾水溶解，加入足量的雙氧水使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄，再加入過量的BaCl₂溶液，所得沉淀經(jīng)過過濾、洗滌、干燥后稱量，質(zhì)量為4.660g，為硫酸鋇沉淀質(zhì)量，反應(yīng)為：Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O，Na₂SO₄+BaCl₂=2NaCl+BaSO₄↓，結(jié)合硫酸鋇物質(zhì)的量，硫元素守恒計算；
②方法II：稱取1.326g產(chǎn)品，配成100mL溶液，取25.00mL該溶液，滴加0.1250mol/L I₂溶液，恰好使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄時，消耗I₂溶液20.00mL，發(fā)生的反應(yīng)為Na₂SO₃+I₂+H₂O=Na₂SO₄+2H I，計算亞硫酸鈉質(zhì)量得到質(zhì)量分數(shù)；
③判斷Na₂SO₃產(chǎn)品的等級，產(chǎn)品中Na₂SO₃的質(zhì)量分數(shù)≥97.0%為優(yōu)等品，≥93.0%為一等品；

解答 解；碳酸鈉溶液中通入二氧化硫依次發(fā)生的反應(yīng)為Ⅰ：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃，2NaHCO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，反應(yīng)Ⅱ是加入氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要），SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），得到亞硫酸鈉溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾洗滌得到Na₂SO₃．
（1）依據(jù)反應(yīng)過程和圖象曲線變化可知，圖象3表示的是亞硫酸鈉，線2表示的組分為NaHCO₃，故
答案為：NaHCO₃；
（2）“反應(yīng)II”中加入NaOH溶液的目的是和亞硫酸氫鈉反應(yīng)得到亞硫酸鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）； SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要），
故答案為：NaHSO₃+NaOH=Na₂SO₃+H₂O（主要）； SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O（次要）；
（3）①方法I：Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O，Na₂SO₄+BaCl₂=2NaCl+BaSO₄↓
m（BaSO₄）=4.660g，
n（BaSO₄）=$\frac{4.660g}{233g/mol}$=0.020mol，
則經(jīng)氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₄）=0.020mol×142g/mol=2.840g，
根據(jù)差量法，原混合物中的Na₂SO₃：
n（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$，
m（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$×126 g/mol=2.12625g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.1262g}{2.570g}$×100%≈82.73%．
如若不考慮雜質(zhì)，則n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126 g/mol=2.520g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.520g}{2.570g}$×100%≈98.05%，
故答案為：m（BaSO₄）=4.660g，
n（BaSO₄）=$\frac{4.660g}{233g/mol}$=0.020mol，
則經(jīng)氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₄）=0.020mol×142g/mol=2.840g，
根據(jù)差量法，原混合物中的Na₂SO₃：
n（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$，
m（Na₂SO₃）=$\frac{2.840g-2.570g}{16g/mol}$×126 g/mol=2.12625g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.1262g}{2.570g}$×100%≈82.73%．
如若不考慮雜質(zhì)，則n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126 g/mol=2.520g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.520g}{2.570g}$×100%≈98.05%，
②方法II：Na₂SO₃+I₂+H₂O=Na₂SO₄+2H I
n（Na₂SO₃）=n（I₂）=20.00mL×10^-3L/mL×0.1250mol/L=0.0025mol，
m（Na₂SO₃）=0.0025mol×126 g/mol×$\frac{100ml}{2500ml}$=1.260g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{1.260g}{1.326g}$×100%≈95.02%，
故答案為：n（Na₂SO₃）=n（I₂）=20.00mL×10^-3L/mL×0.1250mol/L=0.0025mol，
m（Na₂SO₃）=0.0025mol×126 g/mol×$\frac{100ml}{2500ml}$=1.260g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{1.260g}{1.326g}$×100%≈95.02%，
③國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定產(chǎn)品中Na₂SO₃的質(zhì)量分數(shù)≥97.0%為優(yōu)等品，≥93.0%為一等品，方案I中Na₂SO₃的質(zhì)量分數(shù)≥97.0%為優(yōu)等品，方案II中的產(chǎn)品，Na₂SO₃的質(zhì)量分數(shù)≥93.0%為一等品，但是方案I產(chǎn)品中含有的硫酸鈉和碳酸鈉等雜質(zhì)，在方案I的測定中，硫酸鈉和碳酸鈉雜質(zhì)對測定有干擾，而方案II是直接測定亞硫酸鈉，可信度和精確度都要更高一些，
故答案為：方案I中的產(chǎn)品為優(yōu)等品，方案II中的產(chǎn)品為一等品．但是方案I產(chǎn)品中含有的硫酸鈉和碳酸鈉等雜質(zhì)，在方案I的測定中，硫酸鈉和碳酸鈉雜質(zhì)對測定有干擾，而方案II是直接測定亞硫酸鈉，可信度和精確度都要更高一些．

點評 本題考查了無機物制備流程、反應(yīng)原理及其物質(zhì)組成的實驗測定和含量計算應(yīng)用，題目難度中等．