王春

摘要： 對2019年北京高考理綜卷第28題有關(guān)SO2與AgNO3溶液反應(yīng)進(jìn)行試題分析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)提出幾點(diǎn)問題思考;通過設(shè)計(jì)多組實(shí)驗(yàn)方案對SO2與AgNO3溶液反應(yīng)生成沉淀的成分及上層清液中存在的離子種類進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，得出SO2與AgNO3溶液反應(yīng)生成的沉淀主要為Ag2SO3和少量Ag、溶液中存在SO2-

4和[Ag（SO3）2]3-的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

關(guān)鍵詞： SO2氣體; AgNO3溶液; [Ag（SO3）2]3-配離子; 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì); 實(shí)驗(yàn)探究

文章編號： 10056629（2020）05007503

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 問題的提出

2019年北京高考理綜卷化學(xué)科第28題借助如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置，探究SO2與AgNO3溶液反應(yīng)生成沉淀的成分及反應(yīng)后溶液中離子的成分。本試題中描述到： 當(dāng)用圖1所示裝置（夾持、加熱儀器略）制備SO2，經(jīng)試劑a（飽和NaHSO3溶液）進(jìn)行洗氣后，將足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反應(yīng)，得到無色溶液A和白色沉淀B。試題首先圍繞白色沉淀的成分可能為Ag2SO3或Ag2SO4或二者的混合物進(jìn)行問題設(shè)置，試題給出的答案為足量SO2通入AgNO3溶液反應(yīng)只生成Ag2SO3沉淀;試題接著在對溶液A的成分探究中指出當(dāng)向溶液A中滴入過量鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀，取上層清液繼續(xù)滴加BaCl2溶液，未出現(xiàn)白色沉淀，試題給出的答案為溶液中含有Ag+，不存在SO2-4[1]。本試題綜合考查了學(xué)生運(yùn)用元素及其化合物知識解決問題的能力，全面檢測了學(xué)生對化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的分析評價及實(shí)驗(yàn)探究能力。筆者通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)分析SO2與AgNO3溶液一方面能發(fā)生沉淀反應(yīng)，另一方面因?yàn)镾O2氣體具有較強(qiáng)的還原性，AgNO3溶液具有較強(qiáng)的氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)的趨勢較大，生成Ag2SO3沉淀同時應(yīng)含有Ag單質(zhì)。另外，反應(yīng)后的溶液中銀元素很難以Ag+形式存在，而應(yīng)以配離子[Ag（SO3）2]3-形式存在，同時因?yàn)镾O2與AgNO3溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，溶液中還應(yīng)存在SO2-4。筆者與部分高中化學(xué)教師就上述問題進(jìn)行交流時發(fā)現(xiàn)，很多教師對SO2與AgNO3溶液反應(yīng)生成的沉淀成分和反應(yīng)后的溶液中含有的離子成分尚不能給出明確的答案。為了能較為全面地探討SO2與AgNO3溶液反應(yīng)生成的沉淀成分和反應(yīng)后溶液中離子的種類，筆者特進(jìn)行如下相關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和探究。

2 二氧化硫與硝酸銀溶液反應(yīng)生成沉淀成分探究

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究SO2與AgNO3溶液反應(yīng)生成沉淀的成分，筆者按照圖1所示裝置制取SO2氣體，并用飽和NaHSO3溶液對氣體進(jìn)行洗氣除雜。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所制得的氣體中均含有SO2-4，分析原因一為用圖1裝置制取的SO2氣體中帶有硫酸酸霧（SO3+H2O），飽和NaHSO3溶液（試劑a）不能完全除去酸霧;二為實(shí)驗(yàn)室所配制的NaHSO3溶液因NaHSO3容易被氧化，很難得到純凈的溶液，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)其中一般會混有硫酸鹽，導(dǎo)致制取的SO2氣體即使通過飽和NaHSO3溶液進(jìn)行洗氣，也很難得到純凈的SO2氣體。為此，筆者對上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)： 在通風(fēng)櫥中，向集氣瓶中倒入一定體積的事先用煮沸的蒸餾水配制的0.1mol/L AgNO3溶液，向其中放入一粒磁子，然后將集氣瓶放在磁力攪拌器上。用裝有一定量硫磺粉的玻璃燃燒匙在盛有一定體積的AgNO3溶液的集氣瓶中燃燒，并打開磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，在集氣瓶口蓋上玻璃片，讓產(chǎn)生的SO2氣體與AgNO3溶液快速均勻地發(fā)生反應(yīng)，溶液中迅速產(chǎn)生大量白色沉淀。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

為了檢驗(yàn)SO2與AgNO3溶液反應(yīng)生成白色沉淀的成分，本實(shí)驗(yàn)采取對比研究的方法，設(shè)計(jì)了表1所示實(shí)驗(yàn)方案。

2.2 實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)果

2.2.1 實(shí)驗(yàn)分析

通過上述實(shí)驗(yàn)可知，SO2與AgNO3溶液能發(fā)生反應(yīng)生成大量白色沉淀，白色沉淀的成分為Ag2SO3還是Ag2SO4呢？筆者查閱相關(guān)資料表明[2]： 室溫時，SO2在水中溶解度為12.14g，經(jīng)計(jì)算，此時溶液中c（SO2-3）=1.07×10-7mol/L。當(dāng)向2mL 0.1mol/L AgNO3溶液中通入SO2時，溶液中： c（Ag+）2c（SO2-3）=（0.1mol/L）2×1.07×10-7mol/L=1.07×10-9（mol/L）3>Ksp（Ag2SO3），故理論上將SO2氣體通入0.1mol/L的AgNO3溶液中能生成Ag2SO3白色沉淀。另外查閱相關(guān)數(shù)據(jù)知： Ksp（Ag2SO4）=1.4×10-5;Ksp（Ag2SO3）=1.5×10-14。Ag2SO3的溶度積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Ag2SO4的，說明SO2與AgNO3溶液反應(yīng)過程中Ag2SO3更易于生成，即發(fā)生的反應(yīng)為： SO2+H2O+2AgNO3Ag2SO3↓+2HNO3[3]。

通過表1中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案與探究可知，SO2與AgNO3溶液反應(yīng)除了生成白色的沉淀外，還有灰色沉淀物生成，經(jīng)過濃氨水進(jìn)行洗滌后，沉淀量減少，但仍有灰黑色不溶物，向不溶物中加入濃硝酸，產(chǎn)生紅棕色氣體，說明沉淀中有單質(zhì)Ag生成，即SO2與AgNO3溶液除發(fā)生沉淀反應(yīng)生成Ag2SO3外，SO2與水反應(yīng)生成的H2SO3進(jìn)一步與Ag2SO3發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將Ag2SO3還原為單質(zhì)Ag，即發(fā)生的反應(yīng)為： Ag2SO3+H2SO32Ag↓+H2SO4+SO2↑。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過以上實(shí)驗(yàn)分析可以得出如下實(shí)驗(yàn)結(jié)論： SO2與AgNO3溶液能發(fā)生反應(yīng)，主要反應(yīng)為SO2與AgNO3溶液間的沉淀反應(yīng)，反應(yīng)生成Ag2SO3沉淀而不是Ag2SO4沉淀，同時還有部分SO2與Ag2SO3發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成單質(zhì)Ag，因此沉淀的成分為Ag2SO3和單質(zhì)Ag。

3 SO2與AgNO3溶液反應(yīng)后溶液離子種類探究

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步探究SO2與AgNO3溶液反應(yīng)后溶液體系中含有離子的成分，設(shè)計(jì)了如表2所示實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過以上實(shí)驗(yàn)分析可以得出如下實(shí)驗(yàn)結(jié)論： SO2氣體與AgNO3溶液發(fā)生反應(yīng)的溶液體系中，因AgNO3溶液與SO2氣體反應(yīng)生成的Ag2SO3沉淀與SO2-3進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成[Ag（SO3）2]3-，溶液中銀元素不是以Ag+形式存在，而是以配離子[Ag（SO3）2]3-形式存在;另外，SO2與水反應(yīng)生成的H2SO3還與Ag2SO3發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使溶液中有少量SO2-4存在。

致謝： 衷心感謝首都師范大學(xué)附屬麗澤中學(xué)鄭曉紅老師對本實(shí)驗(yàn)研究給予的支持和幫助！

參考文獻(xiàn)：

[1]天利全國考試命題中心. 2019年全國各省市高考試題匯編全解[M]. 拉薩： 西藏人民出版社， 2019.

[2]徐泓， 沈艷， 吳宣東等. 由2013年北京理綜卷第28（3）題引發(fā)的探究和思考[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2014， （7）： 93～96.

[3]馬輝， 楊天足， 劉偉等. 亞硫酸鈉從含銀廢液中還原銀的研究[J]. 貴金屬， 2009， （2）： 7～10.