SO₂與AgNO₃溶液反應的實驗探究

王春

摘要： 對2019年北京高考理綜卷第28題有關SO2與AgNO3溶液反應進行試題分析，結合相關文獻提出幾點問題思考;通過設計多組實驗方案對SO2與AgNO3溶液反應生成沉淀的成分及上層清液中存在的離子種類進行實驗探究，得出SO2與AgNO3溶液反應生成的沉淀主要為Ag2SO3和少量Ag、溶液中存在SO2-

4和[Ag（SO3）2]3-的實驗結論。

關鍵詞： SO2氣體; AgNO3溶液; [Ag（SO3）2]3-配離子; 實驗方案設計; 實驗探究

文章編號： 10056629（2020）05007503

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題的提出

2019年北京高考理綜卷化學科第28題借助如圖1所示實驗裝置，探究SO2與AgNO3溶液反應生成沉淀的成分及反應后溶液中離子的成分。本試題中描述到： 當用圖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）進行洗氣后，將足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反應，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或二者的混合物進行問題設置，試題給出的答案為足量SO2通入AgNO3溶液反應只生成Ag2SO3沉淀;試題接著在對溶液A的成分探究中指出當向溶液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生運用元素及其化合物知識解決問題的能力，全面檢測了學生對化學實驗方案的分析評價及實驗探究能力。筆者通過查閱相關文獻分析SO2與AgNO3溶液一方面能發(fā)生沉淀反應，另一方面因為SO2氣體具有較強的還原性，AgNO3溶液具有較強的氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應的趨勢較大，生成Ag2SO3沉淀同時應含有Ag單質(zhì)。另外，反應后的溶液中銀元素很難以Ag+形式存在，而應以配離子[Ag（SO3）2]3-形式存在，同時因為SO2與AgNO3溶液發(fā)生氧化還原反應，溶液中還應存在SO2-4。筆者與部分高中化學教師就上述問題進行交流時發(fā)現(xiàn)，很多教師對SO2與AgNO3溶液反應生成的沉淀成分和反應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溶液反應生成的沉淀成分和反應后溶液中離子的種類，筆者特進行如下相關實驗的設計和探究。

2 二氧化硫與硝酸銀溶液反應生成沉淀成分探究

2.1 實驗設計

為探究SO2與AgNO3溶液反應生成沉淀的成分，筆者按照圖1所示裝置制取SO2氣體，并用飽和NaHSO3溶液對氣體進行洗氣除雜。經(jīng)多次實驗發(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;二為實驗室所配制的NaHSO3溶液因NaHSO3容易被氧化，很難得到純凈的溶液，經(jīng)實驗檢驗其中一般會混有硫酸鹽，導致制取的SO2氣體即使通過飽和NaHSO3溶液進行洗氣，也很難得到純凈的SO2氣體。為此，筆者對上述實驗進行改進： 在通風櫥中，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，溶液中迅速產(chǎn)生大量白色沉淀。實驗裝置如圖2所示。

為了檢驗SO2與AgNO3溶液反應生成白色沉淀的成分，本實驗采取對比研究的方法，設計了表1所示實驗方案。

2.2 實驗分析與結果

2.2.1 實驗分析

通過上述實驗可知，SO2與AgNO3溶液能發(fā)生反應生成大量白色沉淀，白色沉淀的成分為Ag2SO3還是Ag2SO4呢？筆者查閱相關資料表明[2]： 室溫時，SO2在水中溶解度為12.14g，經(jīng)計算，此時溶液中c（SO2-3）=1.07×10-7mol/L。當向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。另外查閱相關數(shù)據(jù)知： Ksp（Ag2SO4）=1.4×10-5;Ksp（Ag2SO3）=1.5×10-14。Ag2SO3的溶度積遠遠小于Ag2SO4的，說明SO2與AgNO3溶液反應過程中Ag2SO3更易于生成，即發(fā)生的反應為： SO2+H2O+2AgNO3Ag2SO3↓+2HNO3[3]。

通過表1中設計的實驗方案與探究可知，SO2與AgNO3溶液反應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)生沉淀反應生成Ag2SO3外，SO2與水反應生成的H2SO3進一步與Ag2SO3發(fā)生氧化還原反應，將Ag2SO3還原為單質(zhì)Ag，即發(fā)生的反應為： Ag2SO3+H2SO32Ag↓+H2SO4+SO2↑。

2.2.2 實驗結果

通過以上實驗分析可以得出如下實驗結論： SO2與AgNO3溶液能發(fā)生反應，主要反應為SO2與AgNO3溶液間的沉淀反應，反應生成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溶液反應后溶液離子種類探究

3.1 實驗設計

為進一步探究SO2與AgNO3溶液反應后溶液體系中含有離子的成分，設計了如表2所示實驗方案進行探究。

3.2.2 實驗結果

通過以上實驗分析可以得出如下實驗結論： SO2氣體與AgNO3溶液發(fā)生反應的溶液體系中，因AgNO3溶液與SO2氣體反應生成的Ag2SO3沉淀與SO2-3進一步發(fā)生反應生成[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與水反應生成的H2SO3還與Ag2SO3發(fā)生氧化還原反應，使溶液中有少量SO2-4存在。

致謝： 衷心感謝首都師范大學附屬麗澤中學鄭曉紅老師對本實驗研究給予的支持和幫助！

參考文獻：

[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]. 化學教學， 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.