内容正文:
第3课时 硫酸根离子的检验
不同价态含硫物质的转化
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第一节 硫及其化合物
人教版 必修第二册
化学优课PPT
学习目标
学习目标与核心素养
了解硫酸根离子的检验。
了解不同价态含硫物质之间的转化。
能利用氧化还原反应原理设计不同价态物质之间的相互转化。
能说出含硫物质进入大气的主要途径,知道二氧化硫进入大气能形成酸雨危害环境,增强环保意识。
通过对不同价态含硫物质之间相互转化的学习,培养学生论据推理与模型认知的化学核心素养;
知道不同价态物质之间能相互转化,使学生形成变化观的素养。
核心素养
新课导入
课程导入
2026年1月8日,上海交通大学的孙浩团队在国际顶级期刊《自然》上发表了一项重磅成果:他们让硫元素在电池中实现了前所未有的‘变身’。”
传统:
S(0) → S(-2)
电压<1.6V
新突破:
S(0) → S(+4)
电压3.6V
“传统钠硫电池利用的是硫单质(0价)到硫化钠(-2价)的反应,电压只有1.6伏左右。而我国科学家另辟蹊径,挑战了一个过去50年几乎没人敢想的方向——让硫单质(0价)直接转化到四氯化硫(+4价)。这一下子把电压提升到了3.6伏!研究者打了个比方:硫的高价态转化,开拓难度好比攀登珠峰。”
4
课程导入
“大家看,同样是硫元素,它既可以呈现-2价(如硫化钠),也可以呈现0价(硫磺),还可以呈现+4价(四氯化硫)甚至+6价(硫酸根)。硫就像一个‘千面演员’,在不同条件下可以‘扮演’不同角色。
5
课程导入
“同学们,面对这种情况,我们该如何检测水中或溶液中的硫酸根离子呢?”
“要解决这个问题,我们需要先掌握硫酸根离子的检验,学会排除亚硫酸根等干扰。而干扰之所以存在,正是因为亚硫酸根(+4价)可以被氧化成硫酸根(+6价)——这就是不同价态含硫物质的转化。今天我们就沿着这条路径,从检验到转化,揭开硫元素的‘变身’之谜。”
6
新课讲解
硫酸根离子的检验
在三支试管中分别加入少量稀硫酸、Na2SO4溶液和Na2CO3溶液,然后各滴入几滴BaCl2溶液,观察现象。再分别加入少量稀盐酸,振荡,观察现象。从这个实验中你能够得出什么结论?写出相关反应的离子方程式。
实
验
操
作
【实验5-4】
8
硫酸根离子的检验
硫酸根离子的检验
实验简图:
实验现象:
先生成白色沉淀,加入盐酸后,沉淀不溶解。
先生成白色沉淀,加入盐酸后,沉淀不溶解。
先生成白色沉淀,加入盐酸后,沉淀溶解,且有气泡产生。
CO32-与Ba2+反应生成白色沉淀BaCO3,可溶于盐酸
实验结论:
SO42-与Ba2+生反应成不溶于盐酸的白色沉淀
SO42- +Ba2+===BaSO4↓
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硫酸根离子的检验
SO42-的检验:取待测液少量于试管中,加入几滴稀盐酸,无明显现象,继续滴加几滴氯化钡溶液,生成白 色沉淀,证明有SO42-
先加稀盐酸的原因:排除 CO32- 、SO32- 、Ag+干扰
离子检验步骤答题规范:离子的检验步骤:取×××溶液少量于试管中,加入×××,有(或无)×××现象,则证明有(或无)某离子
结论与总结
注意!!BaCl2、Ba(OH)2等可溶性钡的化合物和BaCO3有毒,使用时做好个人防护,相关废弃物应进行无害化处理。
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硫酸根离子的检验
【思考与讨论】
现在我们炒菜用的精盐又细又白,你知道精盐是由粗盐经过什么样的程序制得的吗?粗盐经溶解、过滤和蒸发后还含有硫酸盐及CaCl2、MgCl2等杂质。如何进行粗盐提纯吗?
粗盐
精盐
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硫酸根离子的检验
【思考与讨论】
粗盐的提纯
(1) 经溶解、过滤、蒸发操作得到的粗盐中含有一些可溶性硫酸盐及CaCl2、MgCl2等杂质。如果按照下表所示顺序除去它们,应加入什么试剂?
杂质 加入的试剂 离子方程式
硫酸盐
CaCl2
MgCl2
BaCl2
NaOH
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
Na2CO3
Ba2++===BaSO4↓
Ca2++===CaCO4↓
硫酸根离子的检验
【思考与讨论】
粗盐的提纯
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硫酸根离子的检验
【思考与讨论】
引入了Ba2+ 、OH-离子和离子,加入适量盐酸可以除去这些离子。
(2)加入你选择的试剂除去杂质后,有没有引入其他离子?用什么方法除去这些离子?
粗盐的提纯
硫酸根离子的检验
【思考与讨论】
粗盐的提纯
为使杂质离子完全除去,要加入过量的试剂。后续试剂要能够将前面所加过量的试剂除去,由此可知碳酸钠溶液要在氯化钡溶液之后加入。
(3)设计除去杂质的实验方案时,除了要考虑所加试剂的种类,还要考虑哪些问题?
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硫酸根离子的检验
通常加入试剂的几种顺序:
不同价态含硫物质的转化
H2S
SO3
SO2
H2SO3
H2SO4
S
石膏(CaSO4·2H2O)
黄铁矿(FeS2)
芒硝(Na2SO4·10H2O)
黄铜矿(CuFeS2)
自然界中硫元素的存在示意图
不同价态含硫物质的转化
1. 自然界中硫的存在和转化
硫在自然界以游离态(硫单质)和化合态(硫化物、硫酸盐)的形式存在
黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)等
少量的H2S 、SO2 、SO3 等
(1) 游离态
(2) 化合态
火山喷口
地壳的岩层
芒硝Na2SO4·10H2O
重晶石BaSO4
石膏(CaSO4·2H2O)
动植物体内:
含硫蛋白质等
岩层深处和海底的无氧环境中:
地表附近的富氧环境中:
大气层中:
不同价态含硫物质的转化
1. 自然界中硫的存在和转化
不同价态含硫物质的转化
自然界中的含硫物质在一定条件下能够相互转化。这种转化在人工条件下也能发生,硫酸的工业生产就是人类通过控制化学反应条件而实现的含硫物质的相互转化。
那么,在实验室里如何实现不同价态含硫物质的相互转化呢?
不同价态含硫物质的转化
2. 实验室探究—不同价态含硫物质的转化
S
S
S
S
-2
0
+4
+6
(1)尽可能多地列举每种价态的硫元素所对应的物质,并根据硫元素化合价的变化,分析各种物质在反应中表现的是氧化性还是还原性。
H2S
Na2S
HgS
S
SO2
H2SO3
Na2SO3
SO3
H2SO4
Na2SO4
强还原性
既有氧化性又有还原性
只有氧化性
不同价态含硫物质的转化
2. 实验室探究—不同价态含硫物质的转化
选择合适的试剂,设计转化路径,并预测产物。
已知:常用的氧化剂有浓硫酸、O2、 Cl2、酸性高锰酸钾溶液、FeCl3溶液、H2O2等,还原剂有金属单质、H2、 H2S、 Na2S、Na2SO3等。
转化目标 转化前的含硫物质 选择试剂 预测转化后的含硫物质 实验现象
-2→0
……
(2)从上述转化关系中设计实验实现其转化。
不同价态含硫物质的转化
化学实验设计是指实验者在实施化学实验之前,根据一定的实验目的,运用化学知识与技能,按照一定的实验方法,对实验的原理、试剂、仪器与装置、步骤和方法等所进行的规划。
运用化学实验设计时,应遵循科学性、可行性、安全性和绿色化原则。化学实验设计一般以实验设计方案的形式呈现,通常包括实验课题、实验目的、实验原理、实验仪器与试剂、实验步骤及注意事项、实验数据及处理、实验结论与讨论等。
方法导引—
化学实验设计
25
不同价态含硫物质的转化
2. 实验室探究—不同价态含硫物质的转化
不同价态含硫物质的转化
序号 价态变化 转化前含硫物质 选择试剂 转化后含硫物质 预期现象
1 -2→0
2 0→-2
3 0→+4
4 +4→0
5 +4→+6
6 +6→+4
S
Fe
H2S
SO2
S
Na2SO3
Na2S
SO2
KMnO4
浓H2SO4
Cu
浓H2SO4
S
FeS
SO2
S
H2SO4
CuSO4、
SO2
生成浅黄色固体
生成黑色固体
生成生成使品红褪色的气体
酸性高锰酸钾溶液紫红色褪去
生成浅黄色沉淀
生成生成使品红褪色的气体和蓝色溶液
2. 实验室探究—不同价态含硫物质的转化
不同价态含硫物质的转化
单质
氢化物
氧化物
酸
盐
物质的类别
-2
0
+4
+6
S
SO2
SO3
H2S
H2SO4
CaSO4
H2SO3
Na2SO3
硫的价态
只有氧化性
只有还原性
既有氧化性又有还原性
2. 实验室探究—不同价态含硫物质的转化
不同价态含硫物质的转化
2. 实验室探究—不同价态含硫物质的转化
硫及其化合物之间的转化规律
邻位价态原则 当硫元素的化合价升高或降低时,一般升高或降低到其相邻的价态。
同种元素相邻价态粒子不反应 如S和H2S、S和SO2、SO2和浓硫酸之间不发生氧化还原反应,即使两者氧化性、还原性区分明显。
归中律 当硫元素的高价态粒子与低价态粒子反应时,一般生成中间价态产物,如-2价S的化合物与+4价S的化合物在酸性环境中生成S单质,S单质与浓硫酸反应生成SO2。
歧化律 单质S和浓的强碱溶液共热,S单质既作氧化剂又作还原剂。
硫元素的价类图
SO2
物质类别
化合价
单质
氧化物
盐
含氧酸
-2
+4
SO3
氢化物
0
H2S
S
H2SO3
H2SO4
SO32-
SO42-
FeS
NaOH
Cl2、H2O2、O2
Cu、C、HI、H2S
Cl2、H2O2、O2
O2、浓硫酸
H2S
H2
KMnO4、HNO3、Fe3+
H2O
△
Cl2、O2、SO2、Fe3+、 HNO3 、 KMnO4
O2
NaOH
稀硫酸
+6
Fe
H2O
△
加氧化剂
加还原剂
非氧化还原反应
氧化还原反应
化学与职业
化工工程师
化工工程师是解决人类在生产、生活等领域面临的化工相关问题的专业技术人才,工作在石油炼制、化肥生产、医药开发和环境治理等了领域。主要工作是依据科学原理,统筹各方面的资源,设计化工生产的工艺流程,并监控生产过程,及时解决生产中遇到的技术问题。
化工工程师需要具有高度的社会责任感、团队精神、全局观念、风险管控意识和创新能力,并具备化学、化工、安全、经济、环境等方面的专业知识。
课堂练习
课堂练习
题型 1 硫酸根离子的检验与除杂
A. 滴加 BaCl₂ 溶液,产生白色沉淀
B. 滴加盐酸酸化的 BaCl₂ 溶液,产生白色沉淀
C. 滴加 BaCl₂ 溶液,产生白色沉淀,加稀盐酸沉淀不溶解
D. 加入稀盐酸酸化,无明显现象,加入 BaCl₂ 溶液,有白色沉淀生成
1.【辽宁重点中学2025高一期中联考】取少量试样,进行下列实验,能判断溶液中一定含有 SO₄²⁻ 的操作是( )
A. 滴加 BaCl₂ 溶液,产生白色沉淀
B. 滴加盐酸酸化的 BaCl₂ 溶液,产生白色沉淀
C. 滴加 BaCl₂ 溶液,产生白色沉淀,加稀盐酸沉淀不溶解
D. 加入稀盐酸酸化,无明显现象,加入 BaCl₂ 溶液,有白色沉淀生成
课堂练习
2.【湖南邵阳2024高一期末联考】某工业废水中存在大量的 Na⁺、Cl⁻、Cu²⁺、SO₄²⁻,欲除去其中的 Cu²⁺、SO₄²⁻,设计工艺流程如下所示:
下列有关说法错误的是( )
题型 1 硫酸根离子的检验与除杂
A. NaOH 的作用是除去 Cu²⁺
B. 试剂 a 为 Na₂CO₃,试剂 b 为 BaCl₂
C. 操作 x 为过滤,试剂 c 为稀盐酸
D. 检验 SO₄²⁻ 是否除尽,可取适量待测溶液,先加入盐酸,再加入 BaCl₂ 溶液
A. NaOH 的作用是除去 Cu²⁺
B. 试剂 a 为 Na₂CO₃,试剂 b 为 BaCl₂
C. 操作 x 为过滤,试剂 c 为稀盐酸
D. 检验 SO₄²⁻ 是否除尽,可取适量待测溶液,先加入盐酸,再加入 BaCl₂ 溶液
课堂练习
题型 2 不同价态含硫物质的转化
3.【吉林松原2025高一期中】下列有关硫及其化合物的说法正确的是( )
A. SO₂、H₂SO₃ 均具有还原性,故浓 H₂SO₄ 均能氧化 SO₂ 和 H₂SO₃
B. 金属单质与硫通过化合反应可以制得 FeS 或 CuS
C. 向溶液中加入 BaCl₂ 溶液后滴加硝酸(具有强氧化性),若产生不溶于硝酸的白色沉淀,则原溶液必含 SO₄²⁻
D. 常温下,铁块与足量浓硫酸混合会发生化学反应,但最终铁块仍有剩余
3.【吉林松原2025高一期中】下列有关硫及其化合物的说法正确的是( )
A. SO₂、H₂SO₃ 均具有还原性,故浓 H₂SO₄ 均能氧化 SO₂ 和 H₂SO₃
B. 金属单质与硫通过化合反应可以制得 FeS 或 CuS
C. 向溶液中加入 BaCl₂ 溶液后滴加硝酸(具有强氧化性),若产生不溶于硝酸的白色沉淀,则原溶液必含 SO₄²⁻
D. 常温下,铁块与足量浓硫酸混合会发生化学反应,但最终铁块仍有剩余
课堂练习
题型 2 不同价态含硫物质的转化
4.【河南新乡一中2025高一月考】黄铁矿的主要成分为 FeS₂(S 为 −1 价),是生产硫黄和硫酸的主要原料,黄铁矿在硫酸酸化的条件下发生催化氧化的反应历程如图所示,下列说法错误的是( )
A. 反应 I 后溶液的酸性增强
B. 反应 II 中 Fe²⁺ 被 NO 氧化
C. 反应 III 中每生成 1 mol NO 分子,转移 1 mol 电子
D. 该过程的总反应为 4FeS₂+15O₂+2H₂O =======2Fe₂(SO₄)₃+2H₂SO₄
NO、Fe³⁺
H₂SO₄
4.【河南新乡一中2025高一月考】黄铁矿的主要成分为 FeS₂(S 为 −1 价),是生产硫黄和硫酸的主要原料,黄铁矿在硫酸酸化的条件下发生催化氧化的反应历程如图所示,下列说法错误的是( )
A. 反应 I 后溶液的酸性增强
B. 反应 II 中 Fe²⁺ 被 NO 氧化
C. 反应 III 中每生成 1 mol NO 分子,转移 1 mol 电子
D. 该过程的总反应为 4FeS₂+15O₂+2H₂O =======2Fe₂(SO₄)₃+2H₂SO₄
NO、Fe³⁺
H₂SO₄
课堂练习
题型 2 不同价态含硫物质的转化
5.【北京交大附中2024开学考】某研究小组为探究 Na₂S 晶体在空气中变质后的产物,进行实验并记录现象如下:
①取 Na₂S 样品加水溶解,得到澄清溶液 a;
②取少量溶液 a 加入过量盐酸,有臭鸡蛋气味的气体放出,且出现黄色浑浊;
③将②中浑浊过滤,向滤液中加入 BaCl₂ 溶液,产生白色沉淀。
资料:i. Na₂S 在空气中潮解生成 Na₂Sₓ,Na₂Sₓ 与酸反应生成 S 和 H₂S(有臭鸡蛋气味);
ii. BaS 易溶于水。
下列说法不正确的是( )
A. ②中黄色浑浊可能是 Sₓ²⁻ 与 H⁺ 反应产生的 B. ①和②说明该 Na₂S 样品中含有 S
C. ③中白色沉淀是 BaSO₄ D. 该 Na₂S 样品中可能有 Na₂SO₃
5.【北京交大附中2024开学考】某研究小组为探究 Na₂S 晶体在空气中变质后的产物,进行实验并记录现象如下:
①取 Na₂S 样品加水溶解,得到澄清溶液 a;
②取少量溶液 a 加入过量盐酸,有臭鸡蛋气味的气体放出,且出现黄色浑浊;
③将②中浑浊过滤,向滤液中加入 BaCl₂ 溶液,产生白色沉淀。
资料:i. Na₂S 在空气中潮解生成 Na₂Sₓ,Na₂Sₓ 与酸反应生成 S 和 H₂S(有臭鸡蛋气味);
ii. BaS 易溶于水。
下列说法不正确的是( )
A. ②中黄色浑浊可能是 Sₓ²⁻ 与 H⁺ 反应产生的 B. ①和②说明该 Na₂S 样品中含有 S
C. ③中白色沉淀是 BaSO₄ D. 该 Na₂S 样品中可能有 Na₂SO₃
课堂练习
题型 2 不同价态含硫物质的转化
6.物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的两个重要维度。图甲是硫及其部分化合物的“化一类”二维图。
(1) 根据图中信息,写出物质 a 和 b 的化学式:
a __________; b __________。
(2) Na₂S₂O₅ 和 Na₂S₂O₃ 在化工生产中应用广泛,
若将 Na₂S₂O₅ 归入图中,应置于图中的 ________
(填图中对应的字母)点。已知:
Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂ ↑ + S ↑ + H₂O,
此反应中物质没有涉及的类别是 _______ (填序号)。
A. 单质 B. 酸性氧化物 C. 酸 D. 酯 E. 盐
SO₃
H2SO₃
d
D
课堂练习
题型 2 不同价态含硫物质的转化
(3) 将 SO₂ 通入以下溶液,溶液均会发生颜色变化,其中能说明 SO₂ 具有还原性的是 ________ (填序号)。
A. 漂水 B. 品红溶液 C. 溶有铬酸钠的氢氧化钠溶液 D. H₂S 溶液
A
课堂练习
题型 2 不同价态含硫物质的转化
(4) 部分含 S 物质的转化图乙所示。
过程①可利用克劳斯法实现,该法先将部分 H₂S 通过燃烧转化为 SO₂,再将 SO₂ 与剩余的 H₂S 混合。为实现硫磺的最大回收,燃烧的 H₂S 和剩余的 H₂S 物质的量之比应为 __________。过程②宜在土壤的 __________(填“富氧”或“缺氧”)区实现。
1:2
富氧
40
课堂练习
7.【安徽部分学校2025高一联考】硫元素及其化合物之间存在如下图所示的转化关系,下列说法正确的是( )
反应③可以在氧气不足的情况下实现
B. 反应⑥可以在加入过量高浓度硫酸钠溶液的情况下实现
C. 反应⑦只需与水化合就能实现
D. 反应⑧可以通过复分解反应实现
7.【安徽部分学校2025高一联考】硫元素及其化合物之间存在如下图所示的转化关系,下列说法正确的是( )
反应③可以在氧气不足的情况下实现
B. 反应⑥可以在加入过量高浓度硫酸钠溶液的情况下实现
C. 反应⑦只需与水化合就能实现
D. 反应⑧可以通过复分解反应实现
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课堂练习
8.【河北衡水2024高一月考】某硫酸厂废气中 SO₂ 的回收利用方案如下图所示,下列说法错误的是( )
A. X 可能含有 2 种盐
B. a 是 SO₃
C. Y 可能含有(NH₄)₂SO₄
D. 可用热的 NaOH 溶液和湿润的红色石蕊试纸检验(NH₄)₂S₂O₈ 中的 NH₄⁺
8.【河北衡水2024高一月考】某硫酸厂废气中 SO₂ 的回收利用方案如下图所示,下列说法错误的是( )
A. X 可能含有 2 种盐
B. a 是 SO₃
C. Y 可能含有(NH₄)₂SO₄
D. 可用热的 NaOH 溶液和湿润的红色石蕊试纸检验(NH₄)₂S₂O₈ 中的 NH₄⁺
课堂练习
9.【福建厦门2024高一月考】大气污染物 SO₂ 易溶于水,通常表现出较强的还原性,对人体的呼吸系统和中枢神经系统均有毒性作用。认识和了解 SO₂ 的性质可有效防治 SO₂ 对环境的污染,并实现 SO₂ 的综合利用。某研究团体提出的 SO₂ 烟气脱硫工艺流程如下,该流程中脱硫剂可循环利用,实现对烟气中 SO₂ 的持续除除。已知:脱硫塔中发生的主要反应为 2CaS+3SO₂ = 2CaSO₃+3S,2CaSO₃+O₂ = 2CaSO₄。
下列有关说法正确的是( )
脱硫塔中反应生成的 S 为还原产物
B. 经净化得到的几种单质 S₂、S₄、S₆ 和
S₈ 互为同位素
C. 脱硫塔中生成的 CaSO₄ 是稳定的产物
D. 该工艺可实现 SO₂ 和 CO₂ 的综合利用
9.【福建厦门2024高一月考】大气污染物 SO₂ 易溶于水,通常表现出较强的还原性,对人体的呼吸系统和中枢神经系统均有毒性作用。认识和了解 SO₂ 的性质可有效防治 SO₂ 对环境的污染,并实现 SO₂ 的综合利用。某研究团体提出的 SO₂ 烟气脱硫工艺流程如下,该流程中脱硫剂可循环利用,实现对烟气中 SO₂ 的持续除除。已知:脱硫塔中发生的主要反应为 2CaS+3SO₂ = 2CaSO₃+3S,2CaSO₃+O₂ = 2CaSO₄。
下列有关说法正确的是( )
脱硫塔中反应生成的 S 为还原产物
B. 经净化得到的几种单质 S₂、S₄、S₆ 和
S₈ 互为同位素
C. 脱硫塔中生成的 CaSO₄ 是稳定的产物
D. 该工艺可实现 SO₂ 和 CO₂ 的综合利用
课堂练习
10.【广东深圳外国语学校2025高一期中】Na₂S₂O₃ 是重要的化工原料,易溶于水,在中性或碱性环境中稳定,在酸性环境下易分解生成 S 和 SO₂。某小组设计了如下实验装置制备 Na₂S₂O₃(支持加热仪器)。回答下列问题:
装置 A 的作用是制备 SO₂,反应的化学方程式为
___________________________________________________________。
Na₂SO₃ + H₂SO₄(浓) Na₂SO₄ + SO₂ ↑ + H₂O
课堂练习
(2) 完成表实验过程:
操作步骤 装置 C 中实验现象 解释原因
检查装置气密性后,添加药品 pH 计读数约为 13 Na₂S, Na₂CO₃ 混合溶液呈碱性
打开 K₂,关闭 K₃,调整 K₁,使硫酸缓慢滴入 i.导管口有气泡冒出,①_____
ii. pH 计读数逐渐②_________ 反应分步进行: Na₂CO₃ + SO₂ → Na₂SO₃ + CO₂; 2Na₂S + 3SO₂ → 2Na₂S₂O₃ + S(较慢);
当 pH 计读数接近 7 时,立即停止通 SO₂,操作是③_______ …… 必须立即停止通 SO₂ 的原因:④____________________
①溶液出现黄色浑浊,然后逐渐澄清(或澄清速度减少)
②减小
③关闭 K₁, K₂,同时打开 K₃
④SO₂ 过量会使溶液呈酸性,产物分解,产率降低
课堂练习
(3) 该实验以 n(Na₂S) : n(Na₂CO₃) = 2 : 1 反应并生成 Na₂S₂O₃,写出制备 Na₂S₂O₃ 的总反应的化学方程式: ___________________________________________。
(4) Na₂S₂O₃ 有还原性,可作脱氯剂。向 Na₂S₂O₃ 溶液中通入少量 Cl₂,某同学预测 Na₂S₂O₃ 转化为 SO₄²⁻,设计实验验证该预测:取少量反应后的溶液于试管中, _____________________________________________________________。
加入过量盐酸,充分反应后,静置,向上层清液中滴加 BaCl₂ 溶液,有白色沉淀生成
2Na₂S + Na₂CO₃ + 4SO₂ 3Na₂S₂O₃ + CO₂
谢 谢
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