Question

硫代硫酸鈉[Na₂S₂O₃?5H₂O]俗稱為大蘇打，它是一種用途廣泛的化工產品，某廠技術人員設計了以下生產流程：

（1）寫出FeS₂跟O₂反應的化學方程式：

 

．
（2）上述設計生產流程最適合工業(yè)制備Na₂S₂O₃的是

 

（填序號），主要理由是

 

．
（3）某化學興趣小組查了有關資料，用Na₂SO₃和硫粉在水溶液中加熱反應，可以制得Na₂S₂O₃．（Na₂S₂O₃溶解度：10℃為60g，70℃為200g）
取15.1克Na₂SO₃，溶于80.0毫升水．另取5.00克硫粉，用少許乙醇潤濕后（以便硫能被水浸潤），加到上述溶液中．用小火加熱至微沸，反應約1小時后過濾．…
①若加入的硫粉不用乙醇潤濕，對反應的影響是

 

．（填序號）
（A）會降低反應速率            （B）需要提高反應溫度
（C）將增大反應體系的pH值    （D）會減少產量
②反應1時間后過濾，濾液經

 

洗滌，干燥可得Na₂S₂O₃?5H₂O晶體．（簡單寫出實驗過程）
③濾液中除Na₂S₂O₃和可能未反應完全的Na₂SO₃外，最可能存在的無機雜質是

 

．如果濾液中該雜質的含量不很低，其檢測的方法是：

 

．
④有同學認為當將上述濾液蒸發(fā)濃縮至溶液體積約為30mL時，即有Na₂S₂O₃晶體析出，不需冷卻結晶，試根據(jù)題中所給的數(shù)據(jù)通過計算說明（要求寫出計算過程）．

 

[已知70℃時，Na₂S₂O₃飽和溶液的密度為1.2g/cm³]．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題,元素及其化合物

分析：（1）FeS₂跟O₂反應生成氧化銅和二氧化硫，依據(jù)氧化還原反應電子守恒和原子守恒配平書寫化學方程式；
（2）分析甲、乙、丙流程可知甲中使用氯氣，丙中使用硫化氫是有毒氣體，甲中的鹽酸、氫氧化鈉原料價錢高，丙中的氯氣制備，碳酸鈉原料價錢高；乙中原料來源豐富，價格低，流程簡單；
（3）①用乙醇對硫粉濕潤，便于硫能被水浸潤，題干反應接觸面積，增大反應速率，提高反應物利用率；
②溶液中得到晶體的操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，10℃為60g，冷卻到10℃，析出晶體過濾洗滌，干燥得到所需晶體；
③加熱過程中亞硫酸鈉易被氧化為硫酸鈉；依據(jù)硫酸根離子的檢驗方法設計實驗進行驗證判斷；
④依據(jù)硫代硫酸鈉70℃的溶解度，計算30ml飽和溶液中硫代硫酸鈉的質量，和硫元素守恒計算得到的硫代硫酸鈉的離子比較分析．

解答： 解：（1）FeS₂跟O₂反應生成氧化銅和二氧化硫，反應的化學方程式為4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）由流程中使用的原料和生產過程，從經濟效益，流程簡便，無污染等因素可知，甲、乙、丙流程可知甲中使用氯氣，丙中使用硫化氫是有毒氣體，甲中的鹽酸、氫氧化鈉原理價錢高，丙中的氯氣制備，碳酸鈉原料價錢高；乙中原料來源豐富，價格低，流程簡單，
故答案為：乙；流程乙中原料FeS₂來源豐富，價格低，工藝流程簡單、技術成熟；
（3）①用乙醇對硫粉濕潤，便于硫能被水浸潤，題干反應接觸面積，增大反應速率，提高反應物利用率，若加入的硫粉不用乙醇潤濕會降低反應速率，減少產物的產率；
（A）硫粉不用乙醇潤濕會降低反應速率，故A正確；          
（B）反應條件是用小火加熱至微沸，硫粉不用乙醇濕潤不需要提高反應溫度，故B錯誤；
（C）硫粉不用乙醇濕潤，對溶液pH無影響，所以不改變反應體系的pH值，故C錯誤； 
（D）硫粉反應少得到產物，會減少產量，故D正確；
故答案為：AD；
②溶液中得到晶體的操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，10℃為60g，冷卻到10°C，析出晶體過濾洗滌，干燥得到所需晶體，可得Na₂S₂O₃?5H₂O晶體，
故答案為：蒸發(fā)、濃縮、冷卻至10℃結晶、過濾；
③加熱過程中亞硫酸鈉易被氧化為硫酸鈉；依據(jù)硫酸根離子的檢驗方法設計實驗進行驗證判斷，實驗方法為：取出少許濾液置于試管，加稀鹽酸至溶液呈酸性后，過濾得出S，再往濾液中加BaCl₂溶液，如有白色沉淀即可證明含有Na₂SO₄，
故答案為：Na₂SO₄；取出少許濾液置于試管，加稀鹽酸至溶液呈酸性后，過濾得出S，再往濾液中加BaCl₂溶液，如有白色沉淀即可證明含有Na₂SO₄；
④若該反應完全得到Na₂S₂O₃：m(Na2S2O3)=15.1g×

158g?mol-1

126g?mol-1

=18.9g，
若蒸發(fā)濃縮得到的30mL溶液為飽和溶液，其所含的Na₂S₂O₃：m(Na2S2O3)=30mL×1.2g/cm3×

200g

200g+100g

=24g，
18.9g＜24g，則該溶液尚未飽和，70℃時沒有晶體析出，
故答案為：若該反應完全得到Na₂S₂O₃：m(Na2S2O3)=15.1g×

158g?mol-1

126g?mol-1

=18.9g，若蒸發(fā)濃縮得到的30mL溶液為飽和溶液，其所含的Na₂S₂O₃：m(Na2S2O3)=30mL×1.2g/cm3×

200g

200g+100g

=24g，18.9g＜24g，則該溶液尚未飽和，70℃時沒有晶體析出．

點評：本題考查了物質制備實驗探究，物質性質和生產流程中發(fā)生的化學反應的分析判斷，晶體析出條件的和離子檢驗的實驗方法設計為解題關鍵，題目難度較大．