Question

【題目】焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)有廣泛的用途，實驗室中通過如下方法制備:

①不斷攪拌條件下，在飽和Na2CO3溶液中緩緩通入SO2至反應完全；

②取下三頸燒瓶，測得反應液的pH=4.1；

③將溶液蒸發濃縮、結晶、過濾得焦亞硫酸鈉晶體。

請回答下列問題:

（1）實驗室可利用Na2SO3和較濃的硫酸制備少量SO2氣體，該反應的化學方程式為_______________。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，所需儀器如下。裝置A是氣體發生裝置，按氣流方向連接各儀器口，順序為a→____→____→____→____→f。裝置D的作用是__________。

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

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

（4）工業上用焦亞硫酸鈉法制備保險粉帶來的主要問題是廢水中含有大量的有機物，有機物總含碳量用TOC表征，常采用Fenton 氧化法去除廢水中的有機物，即通過向廢水中加入H2O2，以Fe2+作催化劑，產生具有強氧化性的羥基自由基(·OH)來氧化降解廢水中的有機物。

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

當TOC的去除率最大時，n(H2O2)∶n(Fe2+)=____。

②在pH=4.5，其他條件一定時，H2O2的加入量對TOC 去除效果的影響如圖2所示，當H2O2的加入量大于40 mL·L-1時，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，導致復分解反應速率慢 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，導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) 實驗室用Na2SO3和硫酸制備少量SO2氣體時，若硫酸濃度太大，則c(H+)較小，導致復分解反應速率慢，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，應先干燥，再收集——向上排空氣法(長進短出)；又因SO2易溶于水，要有防倒吸裝置(安全裝置)；

(2) 反應終止時溶液的pH=4.1，可推測反應的產物是NaHSO3而不是Na2SO3，NaHSO3是弱酸的酸式鹽，書寫離子方程式時要注意拆分形式；起始原料是SO2和Na2CO3，目標產物是Na2S2O5，根據質量守恒可寫出化學方程式；

(3) 書寫該氧化還原反應方程式的關鍵是確定HCOONa的氧化產物，在強堿性條件下，HCOONa中+2價碳必被氧化為CO32—；

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

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

(1)①亞硫酸鈉和硫酸反應生成二氧化硫、硫酸鈉和水，反應的化學方程式為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，導致復分解反應速率慢；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，導致復分解反應速率慢；

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，順序為a→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）由反應終止時溶液的pH=4.1可知，步驟①為向Na2CO3過飽和溶液中通入SO2，發生反應生成NaHSO3和CO2，反應的離子方程式為2SO2+CO32-+H2O=2HSO3-+CO2，合成Na2S2O5的總反應為Na2CO3和SO2反應生成Na2S2O5和CO2反應的化學方程式為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Na2S2O4時，S元素化合價由+4價降低為+3價，則在強堿性條件下，HCOONa中+2價碳必被氧化為CO32—，反應的離子方程式為：HCOO-+S2O52—+OH-= CO32—+ S2O42—+H2O，故答案為HCOO-+S2O52—+OH-= CO32—+ S2O42—+H2O；

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

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