Question

18．焦亞硫酸鈉（Na₂S₂O₅）是一種食品添加劑．實(shí)驗(yàn)室用如圖1所示裝置制備Na₂S₂O₅，實(shí)驗(yàn)步驟如下：
Ⅰ．在Na₂CO₃溶液中通入SO₂至pH為4.1，生成NaHSO₃溶液；
Ⅱ．加碳酸鈉粉末調(diào)至pH為7～8；
Ⅲ．再通SO₂至pH為4.1；
Ⅳ．從過飽和溶液中析出Na₂S₂O₅晶體．
（1）制備焦亞硫酸鈉總反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂CO₃+2SO₂═Na₂S₂O₅+CO₂．
（2）Na₂S₂O₅溶于水且與水能反應(yīng)，所得溶液顯酸性，其原因是Na₂S₂O₅與水反應(yīng)生成NaHSO₃，NaHSO₃在水中電離使溶液顯酸性．步驟Ⅲ中測定溶液的pH的方法是用pH計（或酸度計，或pH傳感器）測定；pH＞4.1時，則產(chǎn)品中會有副產(chǎn)物，其化學(xué)式是Na₂SO₃．
（3）利用碘量法可測定Na₂S₂O₅產(chǎn)品中+4價硫的含量，實(shí)驗(yàn)方案為：將一定量的Na₂S₂O₅產(chǎn)品放入碘量瓶（帶磨口塞的錐形瓶）中，加入一定體積的過量的c₁mol•L^-1的標(biāo)準(zhǔn)碘溶液，再加入適量的冰醋酸和蒸餾水，充分反應(yīng)一段時間，加入淀粉溶液，用c₂mol•L^-1標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至溶液由藍(lán)色恰好變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不變色，讀數(shù)，重復(fù)如上步驟2次，記錄數(shù)據(jù)．（實(shí)驗(yàn)中必須使用的試劑有：c₁mol•L^-1的標(biāo)準(zhǔn)碘溶液、c₂mol•L^-1的標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液、冰醋酸、淀粉溶液、蒸餾水；已知：2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI）
（4）含鉻廢水中常含有六價鉻[Cr（Ⅵ）]．利用Na₂S₂O₅和FeSO₄•7H₂O先后分兩個階段處理含Cr₂O₇^2-的廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見右圖．
①實(shí)驗(yàn)過程中溶液的pH不斷升高的原因是Na₂S₂O₅和FeSO₄•7H₂O與Cr₂O₇^2-反應(yīng)時均消耗H⁺，使溶液的pH變大．
②已知：K_sp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，lg2≈0.3，c（Cr³⁺）＜1.0×10^-5 mol•L^-1時視為完全沉淀．現(xiàn)將廢水中Cr₂O₇^2-全部轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃而除去，需調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為pH＞5.6．

Answer 1

分析 （1）Na₂CO₃和SO₂反應(yīng)生成Na₂S₂O₅和CO₂，根據(jù)元素守恒可書寫出化學(xué)方程式；
（2）Na₂S₂O₅與水反應(yīng)生成NaHSO₃，NaHSO₃在水中電離程度大于水解程度，所以會使溶液顯酸性；測定溶液PH值精確度為0.1，可用pH計（或酸度計，或pH傳感器）等，在Na₂CO₃溶液中通入SO₂至pH為4.1，生成NaHSO₃溶液，若pH＞4.1時，則溶液中會出現(xiàn)亞硫酸鈉；
（3）根據(jù)氧化還原滴定的原理，在Na₂S₂O₅溶液中加入過量的標(biāo)準(zhǔn)碘溶液，使Na₂S₂O₅被充分氧化，剩余的標(biāo)準(zhǔn)碘溶液再用標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定，根據(jù)加入的碘的總量和與Na₂S₂O₃溶液反應(yīng)的碘的量可以求得與Na₂S₂O₅反應(yīng)的碘的量，進(jìn)而確定Na₂S₂O₅的量，根據(jù)這一原理可知實(shí)驗(yàn)操作步驟；
（4）①Na₂S₂O₅和FeSO₄•7H₂O先后分兩個階段處理含Cr₂O₇^2-的廢水時都會消耗氫離子，所以溶液的PH值會增大；
②c（Cr³⁺）＜1.0×10^-5 mol•L^-1時，根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]可求得溶液中c（OH^-），確定溶液的PH值．

解答 解：（1）Na₂CO₃和SO₂反應(yīng)生成Na₂S₂O₅和CO₂，根據(jù)元素守恒可知化學(xué)方程式為Na₂CO₃+2SO₂═Na₂S₂O₅+CO₂，
故答案為：Na₂CO₃+2SO₂═Na₂S₂O₅+CO₂；
（2）Na₂S₂O₅與水反應(yīng)生成NaHSO₃，NaHSO₃在水中電離程度大于水解程度，所以會使溶液顯酸性；測定溶液PH值精確度為0.1，可用pH計（或酸度計，或pH傳感器）等，在Na₂CO₃溶液中通入SO₂至pH為4.1，生成NaHSO₃溶液，若pH＞4.1時，則溶液中會出現(xiàn)亞硫酸鈉，即產(chǎn)品中會有副產(chǎn)物Na₂SO₃，
故答案為：Na₂S₂O₅與水反應(yīng)生成NaHSO₃，NaHSO₃在水中電離使溶液顯酸性；用pH計（或酸度計，或pH傳感器）測定；Na₂SO₃；
（3）根據(jù)氧化還原滴定的原理，在Na₂S₂O₅溶液中加入過量的標(biāo)準(zhǔn)碘溶液，使Na₂S₂O₅被充分氧化，剩余的標(biāo)準(zhǔn)碘溶液再用標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定，根據(jù)加入的碘的總量和與Na₂S₂O₃溶液反應(yīng)的碘的量可以求得與Na₂S₂O₅反應(yīng)的碘的量，進(jìn)而確定Na₂S₂O₅的量，根據(jù)這一原理可知實(shí)驗(yàn)操作步驟為：加入一定體積的過量的c₁ mol•L^-1的標(biāo)準(zhǔn)碘溶液，再加入適量的冰醋酸和蒸餾水，充分反應(yīng)一段時間，加入淀粉溶液，用c₂ mol•L^-1標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至溶液由藍(lán)色恰好變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不變色，讀數(shù)，
故答案為：加入一定體積的過量的c₁ mol•L^-1的標(biāo)準(zhǔn)碘溶液，再加入適量的冰醋酸和蒸餾水，充分反應(yīng)一段時間，加入淀粉溶液，用c₂ mol•L^-1標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至溶液由藍(lán)色恰好變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不變色，讀數(shù)；
（4）①Na₂S₂O₅和FeSO₄•7H₂O先后分兩個階段處理含Cr₂O₇^2-的廢水時都會消耗氫離子，所以溶液的pH值會增大，
故答案為：Na₂S₂O₅和FeSO₄•7H₂O與Cr₂O₇^2-反應(yīng)時均消耗H⁺，使溶液的pH變大；
②c（Cr³⁺）＜1.0×10^-5 mol•L^-1時，根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]可求得溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{6.4×10{\;}^{-31}}{1×10{\;}^{-5}}}$=$\root{3}{64}$×10^-9 mol•L^-1，所以c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{\root{3}{64}×1{0}^{-9}}$，所以溶液的PH=-lgc（H⁺）≈5.6，所以將廢水中Cr₂O₇^2-全部轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃而除去，需調(diào)節(jié)溶液的pH＞5.6，
故答案為：pH＞5.6．

點(diǎn)評 本題考查性質(zhì)、制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計，為高頻考點(diǎn)，涉及氧化還原滴定、實(shí)驗(yàn)原理分析、沉淀溶解平衡的計算、基本實(shí)驗(yàn)操作等知識點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計，注意化學(xué)用語使用的規(guī)范性．