Question

15．已知亞硫酸（H₂SO₃）為中強(qiáng)酸，某化工廠設(shè)計(jì)以下流程制備Na₂SO₃產(chǎn)品（圖1）．
（1）反應(yīng)Ⅰ中碳酸鈉溶液與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，有關(guān)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化如圖2所示．
①圖中曲線2、3表示的組分分別為NaHCO₃、Na₂SO₃．（填化學(xué)式）
②圖中M點(diǎn)之后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為SO₂+SO₃^2-=2HSO₃^-．
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，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?jǐn)?shù)≥97%為優(yōu)等品，≥93.0%為一等品．為了確定實(shí)驗(yàn)所得產(chǎn)品的等級，研究小組采用了以下方法進(jìn)行測定：稱取2.64g產(chǎn)品，用蒸餾水溶解，加入足量雙氧水使Na₂SO₃完全氧化生成Na₂SO₄，再加入鹽酸酸化的BaCl₂溶液，當(dāng)溶液中SO₄^2-恰好完全沉淀，將所得沉淀進(jìn)行過濾、洗滌、干燥后稱量，稱得質(zhì)量為4.66g，則產(chǎn)品中Na₂SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.45%．（不考慮產(chǎn)品中Na₂SO₄的影響）

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）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；
②M點(diǎn)之后發(fā)生反應(yīng)的方程式為：SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃；
（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）稱取2.64g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(jì)算．

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）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、Na₂SO₃；
②圖中M點(diǎn)之后發(fā)生反應(yīng)的方程式為SO₂+Na₂SO₃=2NaHSO₃，
故答案為：SO₂+SO₃^2-=2HSO₃^-；
（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）Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O，Na₂SO₄+BaCl₂=2NaCl+BaSO₄↓
m（BaSO₄）=4.660g，
n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.020mol，
則經(jīng)氧化后n（Na₂SO₄）=0.020mol，
不考慮產(chǎn)品中Na₂SO₄的影響，則n（Na₂SO₃）=n（BaSO₄）=0.020mol，
m（Na₂SO₃）=0.020mol×126 g/mol=2.52g，
w（Na₂SO₃）=$\frac{2.52g}{2.64g}$×100%≈95.45%，
故答案為：95.45%．

點(diǎn)評 本題考查了無機(jī)物制備流程、反應(yīng)原理及其物質(zhì)組成的實(shí)驗(yàn)測定和含量計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．