Question

焦亚硫酸钠(Na₂S₂O₅)有广泛的用途，实验室中通过如下方法制备:

①不断搅拌条件下，在饱和Na₂CO₃溶液中缓缓通入SO₂至反应完全；

②取下三颈烧瓶，测得反应液的pH=4.1；

③将溶液蒸发浓缩、结晶、过滤得焦亚硫酸钠晶体。

请回答下列问题:

（1）实验室可利用Na₂SO₃和较浓的硫酸制备少量SO₂气体，该反应的化学方程式为_______________。 硫酸浓度太大不利于SO₂气体逸出，原因是_____________。制备、收集干燥的SO₂气体时，所需仪器如下。装置A是气体发生装置，按气流方向连接各仪器口，顺序为a→____→____→____→____→f。装置D的作用是__________。

（2）步骤①反应的离子方程式为________________，合成Na₂S₂O₅的总化学方程式为__________________。

（3）在强碱性条件下利用Na₂S₂O₅氧化HCOONa的方法可制备保险粉连二亚硫酸钠(Na₂S₂O₄)，反应的离子方程式为___________。

（4）工业上用焦亚硫酸钠法制备保险粉带来的主要问题是废水中含有大量的有机物，有机物总含碳量用TOC表征，常采用Fenton 氧化法去除废水中的有机物，即通过向废水中加入H₂O₂，以Fe²⁺作催化剂，产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)来氧化降解废水中的有机物。

①其他条件一定时，n(H₂O₂ )∶n(Fe²⁺)的值对TOC 去除效果的影响如图1所示:

当TOC的去除率最大时，n(H₂O₂)∶n(Fe²⁺)=____。

②在pH=4.5，其他条件一定时，H₂O₂的加入量对TOC 去除效果的影响如图2所示，当H₂O₂的加入量大于40 mL·L^-1时，TOC 去除率反而减小的原因是_______________________________________。

Answer

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O 浓硫酸中只有少量H2SO4电离，c(H+)很小，导致复分解反应速率慢 d e c b 防止倒吸 CO32—+2SO2+H2O=2HSO3—+CO2 Na2CO3+2SO2=Na2S2O5+CO2 HCOO-+S2O52—+OH-= CO32—+ S2O42—+H2O 1 酸性条件下H2O2直接与Fe2+反应，导致溶液中羟基自由基(·OH)浓度减小，使得TOC去除率下降

【解析】

(1) 实验室用Na2SO3和硫酸制备少量SO2气体时，若硫酸浓度太大，则c(H+)较小，导致复分解反应速率慢，若硫酸浓度太小，则由于SO2气体易溶于水，也不利于SO2气体逸出；

收集SO2时，应先干燥，再收集——向上排空气法(长进短出)；又因SO2易溶于水，要有防倒吸装置(安全装置)；

(2) 反应终止时溶液的pH=4.1，可推测反应的产物是NaHSO3而不是Na2SO3，NaHSO3是弱酸的酸式盐，书写离子方程式时要注意拆分形式；起始原料是SO2和Na2CO3，目标产物是Na2S2O5，根据质量守恒可写出化学方程式；

(3) 书写该氧化还原反应方程式的关键是确定HCOONa的氧化产物，在强碱性条件下，HCOONa中+2价碳必被氧化为CO32—；

（4）①去除率最高时，TOC的含量最低，由图1可得此时n(H2O2)∶n(Fe2+)=1；

②当H2O2的加入量大于40 mL·L-1时，随着H2O2含量增加去除率反而降低，说明H2O2必参加了其他副反应。

(1)①亚硫酸钠和硫酸反应生成二氧化硫、硫酸钠和水，反应的化学方程式为Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O,故答案为Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O；

②若硫酸浓度太大，主要以硫酸分子存在，溶液中c(H+)较小，导致复分解反应速率慢；若硫酸浓度太小，由于SO2气体易溶于水，不利于SO2气体逸出，故答案为浓硫酸中只有少量H2SO4电离，c(H+)很小，导致复分解反应速率慢；

③装置A用以制备二氧化硫气体、装置C用以干燥二氧化硫气体、装置B用向上排空气法收集比空气密度大的二氧化硫气体、装置D和E用以吸收二氧化硫气体，则按气流方向连接各仪器口，顺序为a→d→e→c→b→f；二氧化硫易溶于氢氧化钠溶液，D为安全瓶，可防止倒吸，故答案为d、e、c、b；防止倒吸；

（2）由反应终止时溶液的pH=4.1可知，步骤①为向Na2CO3过饱和溶液中通入SO2，发生反应生成NaHSO3和CO2，反应的离子方程式为2SO2+CO32-+H2O=2HSO3-+CO2，合成Na2S2O5的总反应为Na2CO3和SO2反应生成Na2S2O5和CO2反应的化学方程式为Na2CO3+2SO2═Na2S2O5+CO2，故答案为2SO2+CO32-+H2O=2HSO3-+CO2；Na2CO3+2SO2═Na2S2O5+CO2；

（3）由题给信息可知，Na2S2O5氧化HCOONa的方法可制备Na2S2O4时，S元素化合价由+4价降低为+3价，则在强碱性条件下，HCOONa中+2价碳必被氧化为CO32—，反应的离子方程式为：HCOO-+S2O52—+OH-= CO32—+ S2O42—+H2O，故答案为HCOO-+S2O52—+OH-= CO32—+ S2O42—+H2O；

（4）①去除率最高时，TOC的含量最低，由图1可得此时n(H2O2)∶n(Fe2+)=1，故答案为1；

②当H2O2的加入量大于40 mL·L-1时，随着H2O2含量增加去除率反而降低，说明酸性条件下H2O2直接与Fe2+反应，导致溶液中羟基自由基(·OH)浓度减小，使得TOC去除率下降，故答案为酸性条件下H2O2直接与Fe2+反应，导致溶液中羟基自由基(·OH)浓度减小，使得TOC去除率下降。