利用亞硫酸鈉法制取硫代硫酸鈉中,利用二氧化硫與碳酸鈉製取亞硫酸鈉的時候是否會產生二氧化碳?

時間 2021-06-03 17:12:59

1樓:Studio TBsoft

反應應該會生成CO2,關鍵看溶液的pH值控制。

飽和Na2CO3溶液的pH值在12以上,通入SO2後,發生的第一步反應是:

2Na2CO3 + SO2 + H2O = 2NaHCO3 + Na2SO3

溶液中,由於H2CO3的酸性強於HSO3-,因此Na2SO3的鹼性也強於NaHCO3,飽和Na2SO3溶液的pH值大於9,溶液pH值下降到9左右時,上述第一步反應基本完成,溶液基本成為NaHCO3和Na2SO3的混合溶液。

繼續通入SO2,SO2優先與鹼性更強的Na2SO3反應:

Na2SO3 + H2O + SO2 = 2NaHSO3

NaHSO3電離大於水解,因此NaHSO3水溶液呈酸性,混合溶液pH值繼續下降,pH值下降到7以下時,溶液基本成為NaHCO3和NaHSO3的混合溶液,由於CO2在水中的溶解度不大,儘管H2CO3的酸性強於HSO3-,此時CO2已經開始逸出,相當於「不揮發性酸制揮發性酸」:

NaHCO3 + NaHSO3 = Na2SO3 + H2O + CO2↑

此時加熱溶液,CO2就會充分逸出,溶液基本成為Na2SO3溶液,Na2SO3與S在加熱條件下反應就得到Na2S2O3:

Na2SO3 + S = Na2S2O3

總反應相當於:

Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + S = Na2S2O3

因此,通入SO2時,控制溶液的pH值很重要,如果溶液pH值過高,說明SO2通入不足量,溶液中就會殘留NaHCO3甚至Na2CO3,最後蒸發溶液製取Na2S2O3晶體(一般是Na2S2O3·5H2O晶體)時,NaHCO3受熱分解,最後得到的晶體中就容易殘留Na2CO3雜質。

如果溶液pH值過低,說明SO2通入過多,則Na2SO3和NaHCO3都會轉化為NaHSO3:

Na2SO3 + H2O + SO2 = 2NaHSO3

NaHCO3 + SO2 = NaHSO3 + CO2

此時溶液pH值可下降到5以下,NaHSO3難於與S反應,酸性條件下硫代硫酸根離子反而會轉化為S和SO2,就很難制得Na2S2O3了,儘管適當加熱溶液,可以使得NaHSO3分解得到Na2SO3:

2NaHSO3 = Na2SO3 + H2O + SO2↑

但SO2在水中的溶解度較大,上述反應很難進行到底,Na2S2O3的收率就可能下降。如果SO2通入太過量,溶液pH值下降到4以下,此時溶液已經基本是NaHSO3溶液,NaHSO3濃度較高時,NaHSO3在水溶液中發生二聚反應,生成焦亞硫酸鈉(Na2S2O5):

2NaHSO3 = Na2S2O5 + H2O

此時溶液由無色透明變成淺黃色甚至黃綠色,水溶液中的Na2S2O5較為穩定,分解得到Na2SO3比NaHSO3更為困難,即使充分加熱溶液,Na2S2O3的收率也可能進一步下降。

因此,控制SO2的通入量,同時隨時檢測溶液的pH值使之合適,控制溶液pH值不宜低於6,以控制反應終點,再充分加熱溶液,使得Na2CO3盡可能最終轉化為Na2SO3,是獲得高收率Na2S2O3,同時減少雜質的關鍵。工業上生產Na2SO3、NaHSO3(溶液)和Na2S2O5(固體)一般都是使用SO2與Na2CO3溶液反應的方法,得到哪一種產品關鍵就在於溶液pH值的控制。

在實驗室中,還可以用一種方法控制反應終點,將總用量的Na2CO3分成等量的兩份,乙份先配製成飽和溶液通入足量的SO2,使得pH值下降到4左右,得到NaHSO3溶液:

Na2CO3 + H2O + 2SO2 = 2NaHSO3 + CO2

溶液稍有變黃(含有Na2S2O5)也無妨(後續反應Na2S2O5會重新水解得到NaHSO3),在溶液中再加入另乙份Na2CO3配製成的飽和溶液,注意緩慢加入以防衝料,再充分加熱,使得CO2充分逸出,得到Na2SO3溶液:

2NaHSO3 + Na2CO3 = 2Na2SO3 + H2O + CO2↑

CO2充分逸出後,溶液pH值應該略高於9,在溶液中投入用酒精充分潤濕(否則會漂浮在液面上)的稍過量硫粉(用塊狀硫研細,盡量不要用昇華硫),加回流冷凝管,充分加熱回流,即可得Na2S2O3溶液,趁熱過濾,蒸發溶液(Na2S2O3在水中溶解度很高,因此一般需要蒸發),可得固體Na2S2O3。

2樓:開心就好

會的。碳酸鈉水解生成碳酸氫鈉,碳酸氫鈉再水解生成碳酸,這兩步水解平衡是一直存在的。在溶液中,溶液pH達到一定範圍,再加上碳酸的溶解析出平衡,就會出現二氧化碳。

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