硫代硫酸钠晶体制备探究实验赏析.doc

2014年高考热点硫代硫酸钠晶体制备探究实验赏析实验是化学学科的基础与核心，笔者在研究全国各省市2014年高考化学试题时，惊讶地发现天津市、山东省、四川省、海南省四省市的实验大题都不约而同的以硫代硫酸钠晶体制备为背景来命制。现赏析以相同背景命制的四道高考题，体验命题人对化学实验基础知识，实验探究能力考查的匠心独运。例1（2014天津卷）9（18分）Na2S2O3是重要的化工原料，易溶于水，在中性或碱性环境中稳定。制备Na2S2O35H2O反应原理：Na2SO3 (aq) + S (s) Na2S2O3 (aq) 实验步骤： 称取1 5 g Na2SO3加入圆底烧瓶中，再加入80 mL蒸馏水。另取5 g研细的硫粉，用3 mL乙醇润湿，加入上述溶液中。 安装实验装置（如图所示，部分夹持装置略去），水浴加热，微沸60分钟。 趁热过滤，将滤液水浴加热浓缩，冷却析出Na2S2O35H2O 经过滤、洗涤、干燥，得到产品。回答问题： 硫粉在反应前用乙醇润湿的目的是_。 仪器a的名称是_，其作用是_。 产品中除了有未反应的Na2SO3外，最可能存在的无机杂质是_。检验是否存在该杂质的方法是_。 该实验一般控制在碱性环境下进行，否则产品发黄，用离予反应方程式表示其原因：_。测定产品纯度准确称取W g产品，用适量蒸馏水溶解，以淀粉作指示剂，用0.1000 molL1。碘的标准溶液滴定。反应原理为：2S2O + I2 S4O + 2I 滴定至终点时，溶液颜色的变化：_。 滴定起始和终点的液面位置如图，则消耗碘的标准溶液体积为_mL。产品的纯度为（设Na2S2O35H2O相对分子质最为M）_。Na2S2O3的应用 Na2S2O3还原性较强，在溶液中易被Cl2氧化成SO，常用作脱氯剂，该反应的离子方程式为_。解析：(1)硫粉难溶于水，微溶于乙醇，故硫粉用乙醇润湿后易分散到溶液中。(2)装置中仪器a是冷凝管，起冷凝回流的作用。(3)因反应物Na2SO3易被空气中的氧气氧化成Na2SO4，故可能存在的无机杂质是Na2SO4；检验产品中是否含有Na2SO4，即检验SO是否存在，需要防止SO的干扰，故不能用具有强氧化性的硝酸酸化，而应用盐酸酸化，过滤除去不溶物，再向滤液中滴加氯化钡溶液。(4)产品发黄，说明产品中含有硫杂质，这是由于在酸性环境中Na2S2O3不稳定，发生歧化反应：2HS2O=SSO2H2O所致。(5)滴定终点时，过量的单质碘使无色的淀粉溶液变蓝，可指示滴定终点。(6)起始读数为0.00 mL，终点读数为18.10 mL，所以消耗碘的标准溶液的体积为18.10 mL0.00 mL18.10 mL；根据2Na2S2O35H2O2S2OI2，得n(Na2S2O35H2O) 2n(I2)20.100 0 molL118.10103 L3.620103 mol，则产品的纯度100%100%。(7)S2O被Cl2氧化成SO，Cl2被还原为Cl，首先根据化合价升降总数相等写出S2O4Cl22SO8Cl，然后根据原子守恒和电荷守恒写出S2O4Cl25H2O=2SO8Cl10 H。参考答案：(1)使硫粉易于分散到溶液中(2)冷凝管冷凝回流(3)Na2SO4取少量产品溶于过量盐酸，过滤，向滤液中加BaCl2溶液，若有白色沉淀，则产品中含有Na2SO4(4)S2O2H=SSO2H2O(5)由无色变蓝色(6)18.10100%(7)S2O4Cl25H2O=2SO8Cl10H例2（2014山东卷）31（20分）工业上常利用含硫废水生产Na2S2O35H2O，实验室可用如下装置（略去部分加持仪器）模拟生成过程。烧瓶C中发生反应如下：Na2S（aq）+H2O（l）+SO2（g）=Na2SO3（aq）+H2S（aq） （I）2H2S（aq）+SO2（g）=3S（s）+2H2O（l） （II）S（s）+Na2SO3（aq）Na2S2O3（aq） （III）（1）仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注，若 ，则整个装置气密性良好。装置D的作用是 。装置E中为 溶液。（2）为提高产品纯度，应使烧瓶C中Na2S和Na2SO3恰好完全反应，则烧瓶C中Na2S和Na2SO3物质的量之比为 。（3）装置B的作用之一是观察SO2的生成速率，其中的液体最好选择 。 a蒸馏水 b .饱和Na2SO3溶液 c.饱和NaHSO3溶液 d . 饱和NaHCO3溶液 实验中，为使SO2缓慢进入烧瓶C，采用的操作是 。已知反应（III）相对较慢，则烧瓶C中反应达到终点的现象是 。反应后期可用酒精灯适当加热烧瓶A，实验室用酒精灯加热时必须使用石棉网的仪器含有 。 a .烧杯 b .蒸发皿 c.试管 d .锥形瓶（4）反应终止后，烧瓶C中的溶液经蒸发浓缩即可析出Na2S2O35H2O，其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等杂质。利用所给试剂设计实验，检测产品中是否存在Na2SO4，简要说明实验操作，现象和结论： 。 已知Na2S2O35H2O遇酸易分解：S2O32+2H+=S+SO2+H2O 供选择的试剂：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液解析：(1)若装置气密性良好，则装置B中的长颈漏斗加入水，B瓶内压强变大，在长颈漏斗的颈中会形成一段液柱，且液柱高度保持不变；根据装置图可知装置D是安全瓶，可防止E中液体倒吸进入C中；装置E是用来吸收未反应完全的H2S或SO2的尾气处理装置，因此E中试剂需用碱溶液，如NaOH溶液。(2) 反应()2反应() 反应()3可得该转化过程的总反应：2Na2SNa2SO33SO2=3Na2S2O3，则C瓶中Na2S和Na2SO3的物质的量之比最好为21。(3)为减少SO2的损失，装置B中液体最好是饱和亚硫酸氢钠溶液；可通过控制滴加浓硫酸的速率来减慢SO2的产生速率从而达到减慢SO2的进入烧瓶C的实验要求；烧瓶C中反应达到终点，溶液中的硫全部转化为Na2S2O3，溶液由浑浊变澄清；烧杯、锥形瓶加热时需垫石棉网，蒸发皿、试管可直接用酒精灯加热。(4)为检验产品中是否含有Na2SO4，可取少量产品溶于足量盐酸，以排除溶液中SO(包含S2O与盐酸反应生成的SO)，然后取上层清液，滴加BaCl2溶液，看是否有白色沉淀，得出上层清液中是否含有SO的结论，进而做出产品中有无Na2SO4杂质的判断。参考答案：31(1)液柱高度保持不变防止倒吸NaOH(合理答案均可)(2)21(3)c控制滴加硫酸的速度(合理即可得分)溶液变澄清(或浑浊消失)a、d(4)取少量产品溶于足量稀盐酸，静置，取上层溶液(或过滤、取滤液)，滴加BaCl2溶液，若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质(合理答案均可)例3（2014四川卷）9（13分）硫代硫酸钠是一种重要的化工产品。某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体（Na2S2O35H2O）。 查阅资料 （1）Na2S2O35H2O是无色透明晶体，易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。 （2）向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3，所得产品常含有少量Na2SO3和Na2SO4。 （3）Na2SO3易被氧化；BaSO3难溶于水，可溶于稀HCl。制备产品 实验装置如图所示（省略夹持装置） 实验步骤： （1）检查装置气密性，按图示加入试剂。仪器a的名称是 ；E中加的试剂是 （选填下列字母编号）。 A稀H2SO4BNaOH溶液C饱和NaHCO3 （2）先向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液，再向A中烧瓶滴加浓H2SO4。 （3）待Na2S和Na2CO3完全消耗后，结束反应。过滤C中混合物，滤液经 （填写操作名称）、结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。探究与反思 （1）为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4，该小组设计了以下实验方案，请将方案补充完整。（所需试剂从稀HNO3、稀H2SO4、稀HCl、蒸馏水中选择） 取适量产品配成稀溶液，滴加足量BaCl2溶液，有白色沉淀生成，沉淀生成， ，若沉淀未完全溶解，并有刺激性气味的气体产生，则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4。 （2）为减少装置C中生成Na2SO4的量，在不改变原有装置的基础上对实验步骤（2）进行了改进，改进后的操作是 。 （3）Na2S2O35H2O的溶解度随温度升高显著增大，所得产品通过 方法提纯。解析：.(1)a为分液漏斗，E中试剂用来吸收未反应完全的H2S或SO2的尾气，则为NaOH溶液。(3)由于Na2S2O35H2O是无色透明晶体，易溶于水，则要从溶液中得到硫代硫酸钠晶体，需经过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥，得到产品。. (1)Na2S2O35H2O的稀溶液与BaCl2混合无沉淀生成，而实验过程中有白色沉淀生成，则需进一步验证，可向白色沉淀中滴加稀盐酸，若沉淀未完全溶解，并有刺激性气味的气体产生，则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4。(2)Na2SO3很容易被空气中的氧气氧化成Na2SO4，为了减少Na2SO4生成的量，可排空装置中的空气。(3)Na2S2O35H2O的溶解度随温度升高显著增大，结晶时很容易混有其他杂质，则可通过重结晶的方法提纯。参考答案：.(1)分液漏斗B(3)蒸发.(1)过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，向沉淀中加入足量稀盐酸(2)先向A中烧瓶滴加浓H2SO4，产生的气体将装置中的空气排尽后，再向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液(3)重结晶例4（2014海南卷）17（9分） 硫代硫酸钠(Na2S2O3)可用做分析试剂及鞣革还原剂。它受热、遇酸易分解。工业上可用反应：2Na2SNa2CO34SO2=3Na2S2O3CO2制得。实验室模拟该工业过程的装置如图所示。回答下列问题：(1)b中反应的离子方程式为_，c中试剂为_。(2)反应开始后，c中先有浑浊产生，后又变澄清。此浑浊物是_。(3)d中的试剂为_。(4)实验中要控制SO2生成速率，可以采取的措施有_(写出两条)。(5)为了保证硫代硫酸钠的产量，实验中通入的SO2不能过量，原因是_。解析：（1）第一个装置为二氧化硫的制取装置，制取二氧化硫的原料为：亚硫酸钠和70%的浓硫酸，反应的离子方程式为：SO32+2H+ =2SO2+H2O，c装置为Na2S2O3的生成装置，根据反应原理可知c中的试剂为：硫化钠和碳酸钠的混合溶液；d装置为尾气吸收装置，吸收二氧化硫和硫化氢等酸性气体；（2）反应开始时发生的反应为：Na2S+4SO2+H2O=2H2S+Na2SO3，SO2+2H2S=3S+2H2O，故该浑浊物是S；（3）d装置为尾气吸收装置，吸收二氧化硫和硫化氢等酸性气体，应选用氢氧化钠溶液；（4）通过控制反应的温度或硫酸的滴加速度可以控制SO2生成速率，故答案为：控制反应的温度或硫酸的滴加速度（或调节酸的浓度等）；（5）硫代硫酸钠遇酸易分解，若通入的SO2过量，则溶液显酸性，硫代硫酸钠会分解。参考答案：（1）SO32+2H+ =2SO2+H2O，或HSO3+H+ =SO2+H2O硫化钠和碳酸钠的混合溶液； （2）S； （3）氢氧化钠溶液（4）控制反应的温度或硫酸的滴加速度（或调节酸的浓度等）；（5）若通入的SO2过量，则溶液显酸性，硫代硫酸钠会分解。我们纵观这四个命题背景相同的试题，发现虽然制备硫代硫酸钠晶体的装置略有不同，但该制备实验的化学反应原理是基本相同的。命题人通过不同的角度巧妙设