Question

【題目】優化反應條件是研究化學反應的重要方向。

（1）以硫代硫酸鈉與硫酸的反應Na2S2O3 + H2SO4= Na2SO4 + SO2+ S↓ + H2O為例，探究外界條件對化學反應速率的影響，實驗方案如下表所示。

實驗 序號	Na2S2O3溶液		H2SO4溶液		蒸餾水	溫度/℃
	濃度/(mol/L)	體積/mL	濃度/(mol/L)	體積/mL	體積/mL
I	0.1	1.5	0.1	1.5	10	20
II	0.1	2.5	0.1	1.5	9	a
III	0.1	b	0.1	1.5	9	30

①表中，a為________________________，b為________________。

②實驗表明，實驗III的反應速率最快，支持這一結論的實驗現象為_________________________。

（2）硫代硫酸鈉可用于從含氧化銀的礦渣中浸出銀，反應如下：Ag2O + 4S2O32- + H2O 2[Ag(S2O3)2]3- + 2OH-，實際生產中，為了提高銀的浸出率需要調節pH的范圍為8.5~9.5，解釋其原因________

（3）工業上常用空氣催化氧化法除去電石渣漿（含CaO）上清液中的S2-，并制取石膏（CaSO4·2H2O），其中的物質轉化過程如下圖所示。

①過程I、II中，起催化劑作用的物質是_______________。

②過程II中，反應的離子方程式為_________。

③根據物質轉化過程，若將10 L上清液中的S2-轉化為SO42-（S2-濃度為320 mg/L），理論上共需要標準狀況下的O2的體積為___________L。

Answer 1

【答案】20 2.5 實驗III中出現渾濁所需時間最短 若pH小于8.5，c(H+)增大，H+與S2O32-反應使c(S2O32-)減小，不利于反應正向進行，浸出率下降；若pH大于9.5，c(OH-)增大，不利于反應正向進行，浸出率下降 Mn(OH)2 4MnO32- +2S2- + 9H2O = S2O32- + 4Mn(OH)2↓ + 10OH- 4.48

【解析】

（1）①探究反應速率的影響遵循控制變量的思想，實驗I和實驗II中溶液的體積不同，則溫度應相同，則a為20，實驗II和實驗III，溫度不同，則其他變量應相同，則b為2.5，

答案為：20；2.5；

②根據反應Na2S2O3 + H2SO4= Na2SO4 + SO2+ S↓ + H2O可知，通過實驗現象能表現出反應快慢的現象是產生硫沉淀的速度，硫沉淀出現越快表明反應速率越快，能表明實驗III的反應速率最快的實驗現象為出現渾濁所需時間最短，

答案為：實驗III中出現渾濁所需時間最短；

（2）根據Ag2O + 4S2O32- + H2O 2[Ag(S2O3)2]3- + 2OH-為可逆反應，若pH小于8.5，c(H+)增大，H+與S2O32-反應使c(S2O32-)減小，不利于反應正向進行，浸出率下降；若pH大于9.5，c(OH-)增大，不利于反應正向進行，浸出率下降，

答案為：若pH小于8.5，c(H+)增大，H+與S2O32-反應使c(S2O32-)減小，不利于反應正向進行，浸出率下降；若pH大于9.5，c(OH-)增大，不利于反應正向進行，浸出率下降；

（3）①根據過程I、II中的轉化關系，起催化劑作用的物質是Mn(OH)2，

答案為：Mn(OH)2；

②根據轉化關系圖，過程II中S2-與MnO32-生成S2O32-和Mn(OH)2，根據氧化還原反應得失電子守恒和物料守恒，反應的離子方程式為4MnO32- +2S2- + 9H2O = S2O32- + 4Mn(OH)2↓ + 10OH-，

③10 L上清液中的S2-的物質的量==0.1mol，根據物質轉化過程，S2-轉化為S2O32-過程中需要消耗氧氣，S2O32-轉化為SO42-也需要消耗氧氣，0.1mol S2-轉化為S2O32-時，硫元素的化合價由-2價變為+2，共失去0.1mol×4=0.4mol電子；氧氣轉變為水時氧元素由0價變為-2價，即1mol氧氣轉移4mol電子，根據電子得失守恒，得到0.4mol電子需要氧氣的物質的量==0.1mol；根據反應4MnO32- +2S2- + 9H2O = S2O32- + 4Mn(OH)2↓ + 10OH-，0.1mol S2-參與反應生成S2O32-的物質的量=×0.1mol=0.05mol，0.05mol S2O32-轉化為SO42-，硫元素的化合價由+2價變為+6價，共失去0.05mol×2×4=0.4mol電子，氧氣由0價變為-2價，即1mol氧氣轉移4mol電子，根據電子得失守恒，得到0.4mol電子需要氧氣的物質的量==0.1mol；則上清液中的S2-轉化為SO42-過程中一共需要氧氣的物質的量=0.1mol+0.1mol=0.2mol，標準狀況下的O2的體積=0.2mol×22.4L/mol=4.48L，

答案為：4.48。