Question

10．空氣污染問題日益引起全民關(guān)注．工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的SO2、NO等為主要污染物．根據(jù)你所學(xué)化學(xué)知識(shí)完成下列問題：
Ⅰ．（1）PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5μm（1μm=10³nm）的顆粒物．下列說法不正確的是bc（填字母序號(hào)）．
a．PM2.5主要來源于火力發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等過程
b．PM2.5顆粒小，所以對(duì)人體無害
c．直徑介于1～2.5μm的顆粒物分散到空氣中可形成膠體
d．推廣使用電動(dòng)汽車，可以減少PM2.5的污染
（2）SO₂為重要的含硫化合物，是形成酸雨的主要污染物之一．在實(shí)驗(yàn)室中，若用70%的硫酸溶液和亞硫酸鈉粉末反應(yīng)制取二氧化硫，并要求方便控制反應(yīng)速率，可選用如圖1所示氣體發(fā)生裝置中的a（填下列序號(hào)字母）．

（3）為研究SO₂的性質(zhì)，如圖2在注射器中加入少量Na₂SO₃晶體，并吸入少量濃硫酸（以不接觸紙條火準(zhǔn)
）．下列有關(guān)說法正確的是D
A．濕潤的品紅試紙、蘸有KMnO₄溶液的濾紙均褪色證明SO₂具有漂白性
B．藍(lán)色石蕊試紙先變紅后褪色
C．濕潤的淀粉KI-試紙未變藍(lán)說明SO₂的氧化性強(qiáng)于I₂
D．NaOH溶液可用于除去實(shí)驗(yàn)中多余的SO₂
（4）一定溫度下，在密閉容器中SO₂與O₂反應(yīng)生成1molSO₃氣體時(shí)，放出akJ熱量．
①該溫度下SO₂與O₂反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-2akJ•mol^-1．
②已知：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1  （a＞b＞0）
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g） 的△H=-（a-$\frac{2}$）．
Ⅱ．硫酸工業(yè)尾氣中二氧化硫的含量超過0.05%（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)需要處理后才能排放．某�；瘜W(xué)興趣小組欲測(cè)定某硫酸工廠排放尾氣中的二氧化硫的含量，采用以下方案：
實(shí)驗(yàn)步驟如下圖流程圖所示：
尾氣VL$→_{①}^{過量H_{2}O_{2}溶液}$溶液$→_{②}^{過量Ba（OH）_{2}溶液}$$→_{干燥、稱重③}^{過濾、洗滌}$固體mg
（1）步驟①中反應(yīng)的離子方程式為SO₂+H₂O₂=SO₄^2-+2H⁺．
（2）步驟②中Ba（OH）₂是否足量的判斷方法是靜置分層后，向上層清液中繼續(xù)滴加Ba（OH）₂溶液，若無渾濁現(xiàn)象產(chǎn)生說明Ba（OH）₂足量，否則不足．
Ⅲ．工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的SO₂、NO直接排放將對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染．利用電化學(xué)原理吸收SO₂和NO，同時(shí)獲得 Na₂S₂O₄和 NH₄NO₃產(chǎn)品的工藝流程圖如3（Ce為鈰元素）．
請(qǐng)回答下列問題．
（1）裝置Ⅱ中的反應(yīng)在酸性條件下進(jìn)行，寫出NO被氧化為NO₂^-的離子方程式NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．
（2）裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如圖2所示．
圖中A為電源的正（填“正”或“負(fù)”）極．右側(cè)反應(yīng)室中發(fā)生的主要電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O．
（3）已知進(jìn)人裝置Ⅳ的溶液中NO₂^-的濃度為 0.4mol/L，要使 1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為 NH₄NO₃，需至少向裝置Ⅳ中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的 O₂的體積為4480L．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）a．PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5μm的顆粒物．它的主要來源是日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等過程中經(jīng)過燃燒而排放的殘留物；
b．PM2.5表面積大，具有吸附性，能吸附大量有毒物質(zhì)；
c．膠體微粒直徑在10^-7m～10^-9m之間，PM2.5粒子的大小不符合；
d．減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放，減少了煙塵，能降低空氣中PM2.5；
（2）用硫酸和亞硫酸鈉制取SO₂的試劑為固態(tài)和液態(tài)，反應(yīng)條件不需加熱，可通過控制添加硫酸的速率來控制反應(yīng)速率；
（3）A．SO₂具有漂白性，能使品紅試紙褪色，SO₂具有還原性，與具有強(qiáng)氧化性的KMnO₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
B．SO₂只能使酸堿指示劑變色，不能漂白指示劑；
C．根據(jù)氧化劑+還原劑→氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物，氧化性：氧化劑＞還原劑分析；
D．SO₂為酸性氣體，可與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水．
（4）①SO₂與O₂反應(yīng)生成1mol SO₃氣體時(shí)，放出a kJ熱量書寫熱化學(xué)方程式；
②根據(jù)蓋斯定律Ⅰ、2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-2a kJ•mol^-1Ⅱ、2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1 （a＞b＞0）$\frac{Ⅰ-Ⅱ}{2}$即得；
Ⅱ．（1）二氧化硫與雙氧水反應(yīng)生成硫酸；
（2）向上層清液中繼續(xù)滴加Ba（OH）₂溶液無渾濁；
Ⅲ．裝置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和強(qiáng)堿氫氧化鈉之間發(fā)生反應(yīng)：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氫氧化鈉之間不會(huì)反應(yīng)，
裝置Ⅱ中NO在酸性條件下，NO和Ce⁴⁺之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
裝置Ⅲ中，在電解槽的陽極2Ce³⁺-2e^-=2Ce⁴⁺，陰極電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，
裝置Ⅳ中通入氨氣、氧氣，2NO₂^-+O₂+2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-，
（1）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）在電解池中，陽極上發(fā)失去電子的氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（3）NO₂^-的濃度為0.4mol/L，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，結(jié)合電子守恒進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：Ⅰ．（1）a．PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5μm的顆粒物．它的主要來源是日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等過程中經(jīng)過燃燒而排放的殘留物，故a正確；
b．PM2.5表面積大，具有吸附性，能吸附大量有毒物質(zhì)，故b錯(cuò)誤；
c．膠體微粒直徑在10^-7m～10^-9m之間，PM2.5粒子的大小不符合，故c錯(cuò)誤；
d．減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放，減少了煙塵，能降低空氣中PM2.5，故d正確；
故選：bc；
（2）用硫酸和亞硫酸鈉反應(yīng)制取二氧化硫，并希望能控制反應(yīng)速度，由于反應(yīng)不需要加熱，排除裝置c；由于亞硫酸鈉是細(xì)小顆粒，易溶于水，不可選用裝置bd，故可選用的發(fā)生裝置是a，
故答案為：a；
（3）A．品紅試紙褪色，表現(xiàn)出SO₂的漂白性，沾有KMnO₄溶液的濾紙褪色，表現(xiàn)出SO₂的還原性，故A錯(cuò)誤； B．SO₂只能使酸堿指示劑變色，所以濕潤的藍(lán)色石蕊試紙只變紅，故B錯(cuò)誤；
C．濕潤淀粉KI試紙變藍(lán)，說明SO₂能將KI氧化為I₂，則SO₂的氧化性強(qiáng)于I₂，故C錯(cuò)誤；
D．SO₂為酸性氣體，有毒，可與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水，所以NaOH溶液可用于除去實(shí)驗(yàn)中多余的SO₂，故D正確．
故選D．
（4）①SO₂與O₂反應(yīng)生成1mol SO₃氣體時(shí)，放出a kJ熱量，故熱化學(xué)方程式為：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-2a kJ•mol^-1；故答案為：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-2a kJ•mol^-1；
②根據(jù)蓋斯定律Ⅰ、2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-2a kJ•mol^-1Ⅱ、2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1 （a＞b＞0）$\frac{Ⅰ-Ⅱ}{2}$即得NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g） 的△H=$\frac{-2a+b}{2}$=-（a-$\frac{2}$）kJ•mol^-1；故答案為：-（a-$\frac{2}$）；
Ⅱ．（1）二氧化硫與雙氧水反應(yīng)生成硫酸，離子方程式為SO₂+H₂O₂=SO₄^2-+2H⁺，故答案為：SO₂+H₂O₂=SO₄^2-+2H⁺；
（2）向上層清液中繼續(xù)滴加Ba（OH）₂溶液無渾濁，故答案為：靜置分層后，向上層清液中繼續(xù)滴加Ba（OH）₂溶液，若無渾濁現(xiàn)象產(chǎn)生說明Ba（OH）₂足量，否則不足；
Ⅲ．裝置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和強(qiáng)堿氫氧化鈉之間發(fā)生反應(yīng)：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氫氧化鈉之間不會(huì)反應(yīng)，裝置Ⅱ中NO在酸性條件下，NO和Ce⁴⁺之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，裝置Ⅲ中，在電解槽的陽極2Ce³⁺-2e^-=2Ce⁴⁺，陰極電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，裝置Ⅳ中通入氨氣、氧氣，2NO₂^-+O₂++2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-，
（1）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下NO和Ce⁴⁺之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
故答案為：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（2）電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即右側(cè)電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，陽極電極反應(yīng)為：Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺，則圖中A為電源的正極，
故答案為：正；2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（3）生成Ce⁴⁺為氧化反應(yīng)，發(fā)生在陽極上，因此再生時(shí)生成的Ce⁴⁺在電解槽的陽極，連接電源正極，反應(yīng)物是HSO₃^-被還原成S₂O₄^2-，得到電子，電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案為：正；2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）NO₂^-的濃度為0.4mol/L，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，則失去電子數(shù)為：1000×（5-3）×0.4mol，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，根據(jù)電子守恒：$\frac{VL}{22.4mol/L}$×4=1000×（5-3）×0.4mol，解得V=4480L，
故答案為：4480．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了PM2.5、酸雨的形成、工業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)原理吸收SO2和NO的工藝、熱化學(xué)方程式的書寫、蓋斯定律的應(yīng)用、以及化學(xué)計(jì)算知識(shí)，難度中等，抓好基礎(chǔ)是關(guān)鍵．