Химия

При кипячении раствора сульфита натрия с серой происходит реакция

$Na_2SO_3 + S = Na_2S_2O_3$.

В образовавшейся после реакции смеси кроме тиосульфата натрия находится некоторое количество непрореагировавшего сульфита натрия. Тиосульфат и сульфит натрия реагируют с разбавленной серной кислотой по уравнениям

$Na_2S_2O_3 + H_2SO_4 = Na_2SO_4 + S \downarrow + SO_2 + H_2O$,
$Na_2SO_3 + H_2SO_4 = Na_2SO_4 + SO_2+ H_2O$.

Образующаяся в растворе при этих реакциях сернистая кислота реагирует в кислой среде с раствором перманганата калия по уравнению

$2MnO_4^{-} + 5SO_3^{2-} + 6H^{+} = 2Mn^{2+} + 5SO_4^{2-} + 3H_2O$.

Бромная вода взаимодействует с растворами тиосульфата и сульфита натрия по уравнениям

$Na_2S_2O_3 + Вr_2 + H_2O = Na_2SO_4 + S \downarrow + 2НВr$,
$Na_2SO_3 + Вr_2 + H_2O = Na_2SO_4 + 2HBr$.

При кипячении выделяющейся серы с бромной водой происходит реакция

$S + 3Br_2 + 4H_2O = H_2SO_4 + 6HBr$.

И наконец, хлорид бария реагирует с образующимися сульфат-ионами по уравнению

$SO_4^{2-} + Ba^{2+} = BaSO_4$.

Зная объем израсходованного 1 н. раствора $KMnO_4$, вычисляем количество грамм-эквивалентов $KMnO_4$:

1000 мл 1 н. $KMnO_4$ содержит 1 г-экв $KMnO_4$,
22 мл 1 н. $KMnO_4$ - $х$ г-экв $KMnO_4$,
$х = 0,022$ г-экв $KMnO_4$.

Таким образом, исследуемый образец содержит 0,022 г-экв сернистой кислоты, образовавшейся при реакциях сульфита и тиосульфата натрия с серной кислотой.

В 10 мл раствора, полученного после реакции, содержится $х$ г $Na_2S_2O_3$ и $y$ г $Na_2SO_3$.

158 г $Na_2S_2O_3$ соответствуют 2 г-экв $KMnO_4$,
$х$ г $Na_2S_2O_3$ - $A$ г-экв $KMnO_4$;
126 г $Na_2SO_3$ соответствуют 2 г-экв $KMnO_4$,
$у$ г $Na_2SO_3$ - $B$ г-экв $KMnO_4$.

Известно, что $A + B = 0,022$.

При осаждении сульфата бария можно установить следующие соотношения:

158 г $Na_2S_2O_3$ дают $2 \cdot 233,4$ г $BaSO_4$,
$x$ г $Na_2S_2O_3$ - $C$ г $BaSO_4$;
126 г $Na_2SO_3$ дают 233,4 г $BaSO_4$,
$y$ г $Na_2SO_3$ - $D$ г $BaSO_4$.

Масса полученного осадка $BaSO_4$ составляет 4,9015 г, поэтому $C + D = 4,9015$.

Составляем систему уравнений:

$\begin{cases} \frac{2 \cdot x}{158} + \frac{2 \cdot y}{126} = 0,022 \\ \frac{2 \cdot 233,4 \cdot x}{158} + \frac{233,44 \cdot y}{126} = 4,9015 \end{cases}$.

Решая эту систему, находим: $х = 1,58$ и $у = 0,126$, т. е. в 10 мл смеси содержалось 1,58 г $Na_2S_2O_3$ (NULL,01 моля) и 0,126 г $Na_2SO_3$ (NULL,001 моля).

0,01 моля $Na_2S_2O_3$ образовалось из 0,01 моля $Na_2SO_3$, следовательно, в 10 мл полученного раствора ранее содержалось $0,01 + 0,001 = 0,011$ моля $Na_2SO_3$.

Отсюда степень превращения сульфита в тиосульфат составляет

$\frac{0,01 \cdot 100}{0,011} = 90,9$ %.