Question

【題目】焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)有廣泛的用途，實(shí)驗(yàn)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?fù)ㄈ?/span>SO2至反應(yīng)完全；

②取下三頸燒瓶，測得反應(yīng)液的pH＝4.1；

③將溶液蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、過濾得焦亞硫酸鈉晶體

請(qǐng)回答下列問題：

（1）實(shí)驗(yàn)室可利用Na2SO3和濃的硫酸制備少量SO2氣體，但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(shí)，所需儀器如下。裝置A是氣體發(fā)生裝置，按氣流方向連接各儀器口，順序?yàn)?/span>a→_____→______→______→________→f。裝置D的作用是___________。

（2）步驟①反應(yīng)的離子方程式為________________。

（3）在強(qiáng)堿性條件下利用Na2S2O5氧化HCOONa的方法可制備保險(xiǎn)粉連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)，當(dāng)生成0.5molNa2S2O4時(shí)，消耗Na2S2O5______mol。

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

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

當(dāng)TOC的去除率最大時(shí)，n(H2O2)∶n(Fe2+)＝________。

②在pH＝4.5，其他條件一定時(shí)，H2O2的加入量對(duì)TOC去除效果的影響如圖2所示，當(dāng)H2O2的加入量大于40mL·L1時(shí)，TOC去除率反而減小的原因是_____________。

Answer 1

【答案】濃硫酸中只有少量H2SO4電離，c(H+)很小，導(dǎo)致復(fù)分解反應(yīng)速率慢 d e c b 防止倒吸 CO32-+2SO2+H2O=2HSO3-+CO2 0.5 1 酸性條件下H2O2直接與Fe2+反應(yīng)，導(dǎo)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(shí)驗(yàn)室選用濃硫酸的濃度太大，反應(yīng)慢；連接儀器時(shí)，先明確裝置的作用，再考慮接口的順序；

（2）明確反應(yīng)物為SO2和Na2CO3，生成物是NaHSO3；

（3）不必寫出完整的化學(xué)方程式，直接依據(jù)硫原子守恒和化學(xué)式進(jìn)行分析；

（4）“看圖說話”，明確坐標(biāo)系橫坐標(biāo)為1的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值即可；去除率減小肯定是強(qiáng)氧化性的羥基自由基少了；

（1）實(shí)驗(yàn)室用Na2SO3固體和濃硫酸制備少量SO2氣體時(shí)，若硫酸的濃度太大，則溶液中c(H+)的濃度較小，導(dǎo)致該復(fù)分解反應(yīng)的速率較慢。若硫酸濃度太小，則由于SO2氣體易溶于水，也不利于SO2氣體的逸出。收集SO2前應(yīng)先干燥，所以a先接d，然后e接c進(jìn)行向上排空氣法收集（長管進(jìn)，短管出）。裝置D是一個(gè)安全瓶，起到防倒吸的作用。

（2）從反應(yīng)液的pH=4.1可知生成的產(chǎn)物是NaHSO3而不是Na2SO3，起始原料是SO2和Na2CO3，所以步驟①的離子方程式為：2SO2+CO32-+H2O=2HSO3-+CO2；

（3）據(jù)硫原子守恒和Na2S2O5、Na2S2O4的化學(xué)式可知，Na2S2O5消耗量是0.5mol；

（4）①當(dāng)TOC去除率最高時(shí)，TOC的含量最低，由圖1橫坐標(biāo)可知此時(shí)n(H2O2):n(Fe2+)=1；

②當(dāng)H2O2的加入量大于40mg·L-1時(shí)，隨著H2O2含量增加去除率反而降低，說明H2O2必發(fā)生了其他副反應(yīng)，比如酸性條件下H2O2與催化劑Fe2+直接發(fā)生了反應(yīng)，從而減少了強(qiáng)氧化性的羥基自由基的濃度，使得TOC去除率下降。