Question

同學們?yōu)樘骄縉a₂SO₃和SO₂有關性質進了相關的實驗（已知：H₂S是一種酸性氣體，且具有很強的還原性）．
（1）取一定量沒有變質純凈的Na₂SO₃?7H₂O晶體，經600℃以上的強熱至恒重，通過分析及計算表明，恒重后的樣品質量恰好等于無水亞硫酸鈉質量的計算值，而且各元素的組成也同樣與亞硫酸鈉組成符合．但將加熱恒重后的樣品溶于水，卻發(fā)現溶液的堿性大大高于亞硫酸鈉溶液的期望值．經過仔細思考，同學們提出了對這種反�，F象的合理解析．
①你對這結論的解釋是（用化學方程式表達）

 

；
②請設計相應的實驗方案，驗證以上的解釋．（只要求寫出實驗設計的原理和判斷結論，不要求具體的實驗操作）

 

．
（2）為探究SO₂與氯化鋇溶液能否生成白色BaSO₃沉淀，甲、乙兩同學共同設計了下圖所示裝置進行實驗（夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗）．關閉裝置A中彈簧夾，滴加一定量濃硫酸，加熱，A中有白霧生成，銅片表面產生氣泡，B中有氣泡冒出，產生大量白色沉淀，C中產生白色沉淀，液面上方略顯淺棕色并逐漸消失．打開彈簧夾，通入N₂，停止加熱，一段時間后關閉．從B、C中分別取少量白色沉淀，加稀鹽酸，均未發(fā)現白色沉淀溶解．

①寫出構成裝置A的玻璃儀器的名稱

 

．
②A中發(fā)生反應的化學方程式是

 

．
③生成C中白色沉淀的離子方程式

 

．
④分析B中不溶于稀鹽酸的沉淀產生的原因，請你提出合理的解釋（只要求講出一種情況）

 

．為證實你自己的觀點，只要在原實驗基礎上，再多進行一步實驗操作，該操作是

 

．
⑤通過本實驗探究，可以得出的結論是

 

．

Answer 1

分析：（1）恒重后的樣品質量恰好等于無水亞硫酸鈉質量的計算值，而且各元素的組成也同樣與亞硫酸鈉組成符合，說明加熱時結晶水全部失去，但將加熱恒重后的樣品溶于水，卻發(fā)現溶液的堿性大大高于亞硫酸鈉溶液的期望值，說明在加熱時一定發(fā)生化學變化，生成更易水解的物質，則應為Na₂S，說明發(fā)生歧化反應；
（2）銅和濃硫酸在加熱條件下反應生成二氧化硫氣體，B中因存在氧氣，則生成沉淀不能證明為亞硫酸鋇，應先排除白霧的影響，先通過飽和亞硫酸氫鈉溶液除雜，通入氮氣將裝置內的空氣排除，通入硝酸鋇溶液反應生成沉淀，原因是在酸性條件下硝酸根離子氧化二氧化硫生成硫酸，可生成硫酸鋇沉淀，以此解答該題．

解答：解：（1）①恒重后的樣品質量恰好等于無水亞硫酸鈉質量的計算值，而且各元素的組成也同樣與亞硫酸鈉組成符合，說明加熱時結晶水全部失去，但將加熱恒重后的樣品溶于水，卻發(fā)現溶液的堿性大大高于亞硫酸鈉溶液的期望值，說明在加熱時一定發(fā)生化學變化，生成更易水解的物質，則應為Na₂S，說明發(fā)生歧化反應，反應的化學方程式為4Na₂SO₃=3 Na₂ SO₄+Na₂S，
故答案為：4Na₂SO₃=3 Na₂ SO₄+Na₂S；
②實驗設計的有兩種情況：因為此題給出的信息未明確：加熱至恒重時，歧化是否100%完全了，Na₂SO₃不一定完全轉化為Na₂SO₄和Na₂S，．因此，實驗的設計也要分完全轉化和不完全轉化兩種情形來進行．
情況1：設Na₂SO₃完全轉化為Na₂SO₄和Na₂S，需分別檢測SO₄^2-離子和S^2-離子．
SO₄^2-離子的檢測：SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓ 不溶于鹽酸，
S^2-離子的檢測：方法1：加沉淀劑如：S^2-+Pb²⁺=PbS↓ （黑） （或醋酸鉛試紙變黑）其他沉淀劑也可得分．或者：方法2：加鹽酸S^2-+2H⁺=H₂S↓（可聞到硫化氫特殊氣味）；
情況2：設Na₂SO₃未完全轉化為Na₂SO₄和Na₂S，檢測SO₄^2-加鹽酸時以及檢測S^2-采用方法2時，除發(fā)生上述反應外，均會發(fā)生反應：SO₃^2-+2S^2-+6H⁺=S↓+3H₂O（可見淡黃色沉淀）；
故答案為：情況1：設Na₂SO₃完全轉化為Na₂SO₄和Na₂S，需分別檢測SO₄^2-離子和S^2-離子．
SO₄^2-離子的檢測：SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓ 不溶于鹽酸，
S^2-離子的檢測：方法1：加沉淀劑如：S^2-+Pb²⁺=PbS↓ （黑） （或醋酸鉛試紙變黑）其他沉淀劑也可得分．或者：方法2：加鹽酸S^2-+2H⁺=H₂S↓（可聞到硫化氫特殊氣味）；
情況2：設Na₂SO₃未完全轉化為Na₂SO₄和Na₂S，檢測SO₄^2-加鹽酸時以及檢測S^2-采用方法2時，除發(fā)生上述反應外，均會發(fā)生反應：SO₃^2-+2S^2-+6H⁺=S↓+3H₂O（可見淡黃色沉淀）；
（2）銅和濃硫酸在加熱條件下反應生成二氧化硫氣體，B中因存在氧氣，則生成沉淀不能證明為亞硫酸鋇，應先排除白霧的影響，先通過飽和亞硫酸氫鈉溶液除雜，通入氮氣將裝置內的空氣排除，通入硝酸鋇溶液反應生成沉淀，原因是在酸性條件下硝酸根離子氧化二氧化硫生成硫酸，可生成硫酸鋇沉淀，則
①構成裝置A的玻璃儀器有三頸燒瓶、分液漏斗，故答案為：三頸燒瓶、分液漏斗；
②反應的方程式為Cu+2H₂SO₄

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，故答案為：Cu+2H₂SO₄

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
③生成C中白色沉淀的離子方程式為3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O═3BaSO₄+4H⁺+2NO，
故答案為：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O═3BaSO₄+4H⁺+2NO；
④生成沉淀不溶于鹽酸，則生成BaSO₄，可能原因有二：假設1：認為是A中產生白霧（可能含有SO₃或H₂SO₄）參與反應，SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓，
為排除白霧參與反應造成對實驗結果的影響，可在A、B間增加一個盛放飽和NaHSO₃溶液的洗氣瓶，
或假設2：認為是裝置內空氣中O₂參與反應．2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O=2BaSO₄↓+4H⁺，
為排除裝置內O₂對實驗結果的影響，在Cu與濃硫酸反應前，可先通一會兒N₂，用來排盡裝置內空氣，
故答案為：B中沉淀同樣不溶于稀鹽酸，所以沉淀只能是BaSO₄；
假設1：認為是A中產生白霧（可能含有SO₃或H₂SO₄）參與反應，SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓，
為排除白霧參與反應造成對實驗結果的影響，可在A、B間增加一個盛放飽和NaHSO₃溶液的洗氣瓶，
或假設2：認為是裝置內空氣中O₂參與反應．2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O=2BaSO₄↓+4H⁺，
為排除裝置內O₂對實驗結果的影響，在Cu與濃硫酸反應前，可先通一會兒N₂，用來排盡裝置內空氣，
⑤在排除氧氣和三氧化硫、硫酸的影響下，通過本實驗可證明SO₂與氯化鋇溶液不能反應生成BaSO₃沉淀，
故答案為：SO₂與氯化鋇溶液不能反應生成BaSO₃沉淀．

點評：本題考查性質實驗探究，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型和高頻考點，注意把握物質的性質以及實驗的原理和方法，難度中等．