Question

通过下列实验探究Na₂SO₃溶液的性质。

(1)实验Ⅰ：将0.1mol/L Na₂SO₃溶液先升温后降温过程中的pH记录如下表。实验过程中，取t₁、t₄时刻的溶液，加入盐酸酸化的BaCl₂溶液，t₄产生白色沉淀比t₁多。

时刻	t1	t2	t3	t4
温度/℃	25	30	40	25
pH	9.66	9.52	9.37	9.25

①用离子方程式表示t₁时刻溶液呈碱性的原因：__________________________。

②根据t₁→t₄溶液的pH，结合平衡移动原理，推测t₁→t₃的过程中pH变化的原因____________。

(2)实验Ⅱ：研究Na₂SO₃溶液与酸性KIO₃溶液的反应。按下表中用量将KIO₃溶液、Na₂SO₃溶液(含淀粉)、H₂SO₄溶液和H₂O混合，记录溶液变蓝色的时间t(s)。

编号	0.01mol/LKIO3(mL)	0.01mol/LNa2SO3(含淀粉)(mL)	0.1mol/LH2SO4(mL)	H2O(mL)	t(s)
1	15	15	1	19	68.0
2	20	15	1	14	52.3
3	15	15	5	15	13.1

①反应的离子方程式为_____________。

②通过三组实验对比，得出的结论是_____________。

(3)实验Ⅲ：向实验Ⅱ反应后的蓝色溶液中加入少量Na₂SO₃溶液，蓝色消失，后再次变蓝。结合化学方程式解释产生这种现象的原因_____________。

(4)实验Ⅳ：将15mL 0.01mol/L KIO₃溶液、1mL 0.1mol/L H₂SO₄溶液、8mL0.01mol/L KI溶液和_____________混合，混合溶液在4s后即变蓝。本实验证明了I^－是Na₂SO₃溶液与酸性KIO₃溶液反应的催化剂。

Answer

SO32－＋H2O⇌HSO3－＋OH－ 温度升高使平衡正向移动，c(SO32－)降低使平衡逆向移动，后者影响大于前者，故t1→t3的过程中pH逐渐降低 5SO32－＋2IO3－＋2H＋＝5SO42－＋I2＋H2O 探究IO3－浓度、H＋浓度对反应速率的影响。浓度越大，速率越快 加入Na2SO3溶液后蓝色消失：SO32－＋I2＋H2O＝SO42－＋2I－＋2H＋。后I－被过量KIO3再次氧化为I2，蓝色复现 15mL 0.01mol/L Na2SO3(含淀粉)、11mL H2O

【解析】

实验Ⅰ：据图表可知温度升高过程中溶液pH值减小，温度恢复后pH依然比原来要小，且加入盐酸酸化的BaCl2溶液，t4产生白色沉淀比t1多，说明该过程中亚硫酸根被氧气氧化生成硫酸根。

(1)①亚硫酸钠溶液中存在亚硫酸根的水解SO32－＋H2O⇌HSO3－＋OH－，所以溶液显碱性；

②根据t4产生白色沉淀比t1多，可知温度变化过程中氧气将亚硫酸根氧化导致c(SO32－)降低；温度升高，SO32－＋H2O⇌HSO3－＋OH－平衡正向移动， c(SO32－)降低使平衡逆向移动，后者影响大于前者，故t1→t3的过程中pH逐渐降低；

(2)①反应中亚硫酸根被碘酸根氧化成硫酸根，溶液变蓝说明碘酸根被还原成碘单质，结合电子守恒和元素守恒可得方程式为5SO32－＋2IO3－＋2H＋＝5SO42－＋I2＋H2O；

②1组和2组对比，变量为IO3－的浓度，且浓度越大反应速率越快；1组和3组对比，变量为H＋的浓度，且浓度越大反应速率越快，所以三组实验对比得出结论：探究IO3－浓度、H＋浓度对反应速率的影响。浓度越大，速率越快；

(3)加入Na2SO3溶液后蓝色消失说明碘单质将亚硫酸根氧化，发生反应：SO32－＋I2＋H2O＝SO42－＋2I－＋2H＋，后I－被过量KIO3再次氧化为I2，蓝色复现；

(4)前三组实验溶液总体积为15mL+15mL+1mL+19mL=50mL；该组实验要证明I－是Na2SO3溶液与酸性KIO3溶液反应的催化剂，所以与1组相比，变量应只有KI的浓度，则需要加入15mL 0.01mol/L Na2SO3(含淀粉)，此时溶液体积为15mL+1mL+8mL+15mL=39mL，则还需要添加11mL水。