Question

焦亚硫酸钠(Na₂S₂O₅)在食品加工、印染、印刷、制革以及有机合成等工业中应用广泛。实验室模拟工业湿法制备焦亚硫酸钠装置如图所示。

打开弹簧夹，通入一段时间N₂后关闭弹簧夹，加入一定量浓硫酸；不断搅拌，控制反应温度在40℃左右，当溶液pH约为4.1时，停止反应，降温至20℃左右静置结晶。

已知：

①温度在40℃左右时，发生反应2NaHSO₃=Na₂S₂O₅+H₂O。

②温度过高时焦亚硫酸钠分【解析】
Na₂S₂O₅=Na₂SO₃+SO₂↑。

③焦亚硫酸钠与水易发生反应：Na₂S₂O₅+H₂O=2NaHSO₃。

回答下列问题：

（1）A装置中所加硫酸通常为1：1（体积比）的浓硫酸，一般不采用90%以上的浓硫酸，原因是__。

（2）B装置中控制反应温度40℃在左右的方法是__；锥形瓶中生成NaHSO₃的离子方程式为__。

（3）装置C的作用是__。

（4）锥形瓶中析出固体经减压抽滤、洗涤、晾干，可获产品。洗涤操作中依次用饱和SO₂水溶液、无水乙醇洗涤，其作用是__。

（5）反应结束后，需要再次打开弹簧夹，通入一段时间N₂，目的是__。

（6）某同学认为Na₂S₂O₅属于强碱弱酸盐，在溶液中水解显碱性。实际他测得Na₂S₂O₅溶液显酸性，请用数据帮他分析溶液显酸性的原因__。

（已知：常温下H₂SO₃电离常数K_a1=1.54×10^-2，K_a2=1.02×10^-7）

Answer

90%以上的浓硫酸中氢离子浓度小，反应慢 40℃左右的水浴加热 2SO2+CO32-+H2O=2HSO3-+CO2 吸收充分，防止倒吸 饱和SO2水溶液能减少Na2S2O5在水中的溶解，提高产品收率，无水乙醇可以除去晶体表面水分，且易挥发。 使装置内滞留的SO2全部通入D装置中，被Na2CO3溶液吸收 Kh=，HSO3-水解程度小于其电离程度，因此溶液呈酸性

【解析】

打开弹簧夹，通入一段时间N2将装置内的其他气体排尽，关闭弹簧夹，A装置中用浓硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫，在不断搅拌下，控制反应温度在40℃左右，向Na2CO3过饱和溶液中通入SO2，发生反应生成NaHSO3和CO2，多余的二氧化硫可用氢氧化钠溶液吸收，因二氧化硫易溶于氢氧化钠溶液，C为安全瓶，可防止倒吸。

(1)A装置中利用硫酸和Na2SO3发生复分解反应生成SO2；90%以上的浓硫酸水少，难电离，c(H+)小；
(2)B装置中控制反应温度在40℃左右的方法是水浴加热；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；
(3)二氧化硫易溶于碱性溶液，C为安全瓶，可防止倒吸；
(4)由反应2NaHSO3===Na2S2O5+H2O可知，增大HSO3-的浓度，有利于生成Na2S2O5，用饱和SO2水溶液洗涤，可降低Na2S2O5的溶解度，减少Na2S2O5的溶解，无水乙醇洗涤，可以除去晶体表面水分，且乙醇易挥发；
(5)反应结束后，通入氮气是将滞留的SO2全部赶到装置D中被吸收；
(6)焦亚硫酸钠与水易发生反应：Na2S2O5+H2O===2NaHSO3，溶液中HSO3-既能电离，又能水解，因为水解常数Kh====6.5×10-13＜Ka2，所以HSO3-的电离程度大于其水解程度，溶液显酸性。