Question

6．利用廢堿渣（主要成分是Na₂CO₃）處理硫酸廠尾氣中的SO₂可制得無水Na₂SO₃（成品），其流程如圖1：

（1）若欲利用廢堿渣充分吸收SO₂，則“吸收塔”內(nèi)發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為CO₃^2-+2SO₂+H₂O═CO₂+2HSO₃^-．
（2）處理過程中，要通過檢驗“吸收塔”排放出的尾氣是否含有SO₂來確定其是否達標(biāo)．實驗室中欲模擬檢驗尾氣中的SO₂，可以選用的試劑有bd；
a．澄清石灰水   b．硝酸酸化的Ba（NO₃）₂溶液     c．鹽酸酸化的BaCl₂溶液    d．品紅溶液
（3）常溫下，向“中和器”中加入適量NaOH后，溶液呈中性，則溶液中c（SO₃^2-）：c（HSO₃^-）=0.63[已知：常溫下，Ka₁（H₂SO₃）=l.5×10^-2，Ka₂（H₂SO₃）=6.3×10^-8]；
（4）圖2所示為亞硫酸鈉的溶解度曲線，則上述流程中的“結(jié)晶”方法是蒸發(fā)結(jié)晶（填“蒸發(fā)結(jié)晶”或“降溫結(jié)晶”），圖中a點所示分散系類別為濁液；
（5）僅用BaCl₂和H₂O₂的混合溶液難以檢出“成品“中的SO₃^2-，原因是“成品”中含有某種雜質(zhì)陰離子，該雜質(zhì)陰離子SO₄^2-（填化學(xué)式）；實驗室中常用如下方法檢驗SO₃^2-：

己知25℃時，部分鋇鹽的K_sp數(shù)值如表：

BaCO3	BaSO4	BaSO3	BaS2O3
5.1×10-9	1.1×10-10	8.4×10-7	1.6×10-5

若“溶液A”中SO₃^2-濃度為0.01mol•L^-1，且為雜質(zhì)陰離子濃度的10倍，則向其中加入等體積0.01mol•L^-1BaCl₂溶液充分反應(yīng)后c（Ba²⁺）=7×10^-4mol•L^-1，向“溶液B”中滴入BaCl₂和H₂O₂的混合溶液時，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Ba²⁺+H₂O₂+HSO₃^-═BaSO₄↓+H⁺+H₂O．

Answer 1

分析 利用工業(yè)廢堿渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸廠尾氣中的SO₂制備無水Na₂SO₃，吸收塔中發(fā)生的反應(yīng)為2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，為了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，從而提高結(jié)晶產(chǎn)率，中和器中加入的NaOH是過量的，加入氫氧化鈉進入中和器得到溶液結(jié)晶進入離心機干燥得到晶體，濾液重新進入吸收塔循環(huán)使用，
（1）吸收塔內(nèi)發(fā)生的主要反應(yīng)是二氧化硫和水反應(yīng)生成亞硫酸和碳酸鈉反應(yīng)生成二氧化碳氣體和亞硫酸氫鈉；
（2）要通過檢驗“吸收塔”排放出的尾氣是否含有SO₂來確定其是否達標(biāo)．實驗室中欲模擬檢驗尾氣中的SO₂，選擇的試劑應(yīng)具有氧化性反應(yīng)過程中有明顯現(xiàn)象；
（3）常溫下，向“中和器”中加入適量NaOH后，溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$=$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{K{a}_{2}}{c（{H}^{+}）}$；
（4）分析曲線，處于曲線上的點為飽和溶液狀態(tài)，根據(jù)不同溫度所得晶體不同分析；
（5）僅用BaCl₂和H₂O₂的混合溶液難以檢出“成品“中的SO₃^2-，含有的陰離子硫酸根離子會干擾亞硫酸根離子的檢驗，若“溶液A”中SO₃^2-濃度為0.01mol•L^-1，且為雜質(zhì)陰離子濃度的10倍，則向其中加入等體積0.01mol•L^-1BaCl₂溶液充分反應(yīng)后c（Ba²⁺），產(chǎn)品中有SO₄^2-也會與氯化鋇生成沉淀，相同類型的離子溶度積越小溶解度越小，相同條件下優(yōu)先生成沉淀BaSO₃、BaSO₄，都屬于同種類型的難溶物，可以直接依據(jù)溶度積常數(shù)判斷溶解度大小，硫酸鋇小于亞硫酸鋇，所以相同條件下優(yōu)先析出的是硫酸鋇沉淀，設(shè)溶液體積均為1L，濃度為0.001mol/L硫酸根離子生成硫酸鋇測定需要鋇離子為n（Ba²⁺）=0.001mol，溶液中余下0.009mol，余下n（Ba²⁺）=0.01mol-0.001=0.009mol，結(jié)合亞硫酸鋇溶度積計算；
向“溶液B”中滴入BaCl₂和H₂O₂的混合溶液時，發(fā)生反應(yīng)是過氧化氫氧化亞硫酸氫跟離子生成硫酸根離子，結(jié)合鋇離子生成白色沉淀硫酸鋇．

解答 解：利用工業(yè)廢堿渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸廠尾氣中的SO₂制備無水Na₂SO₃，吸收塔中發(fā)生的反應(yīng)為2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，為了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，從而提高結(jié)晶產(chǎn)率，中和器中加入的NaOH是過量的，加入氫氧化鈉進入中和器得到溶液結(jié)晶進入離心機干燥得到晶體，濾液重新進入吸收塔循環(huán)使用，
（1）吸收塔內(nèi)發(fā)生的主要反應(yīng)是二氧化硫和水反應(yīng)生成亞硫酸和碳酸鈉反應(yīng)生成二氧化碳氣體和亞硫酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式為：CO₃^2-+2SO₂+H₂O═CO₂+2HSO₃^-，
故答案為：CO₃^2-+2SO₂+H₂O═CO₂+2HSO₃^-；
（2）處理過程中，要通過檢驗“吸收塔”排放出的尾氣是否含有SO₂來確定其是否達標(biāo)．實驗室中欲模擬檢驗尾氣中的SO₂，可以選用的試劑有，
a．澄清石灰水變渾濁可能為二氧化碳或二氧化硫，故a錯誤；
b．硝酸酸化的Ba（NO₃）₂溶液 可以優(yōu)惠二氧化硫生成硫酸，溶液中生成硫酸鋇白色沉淀，可以檢驗二氧化硫，故b正確；
c．鹽酸酸化的BaCl₂溶液和二氧化硫不能發(fā)生反應(yīng)，無現(xiàn)象，不能檢驗二氧化硫，故c錯誤；
d．二氧化硫能使品紅溶液褪色，可以檢驗二氧化硫的存在，故d正確；
故答案為：bd；
（3）常溫下，向“中和器”中加入適量NaOH后，溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$=$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{K{a}_{2}}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{6.3×1{0}^{-8}}{1{0}^{-7}}$=0.63
故答案為：0.63；
（4）處于曲線上的點為飽和溶液狀態(tài)，a點在曲線上方，應(yīng)為過飽和溶液，形成的是含晶體顆粒的懸濁液，b點為生成晶體的轉(zhuǎn)折點，兩種晶體可以共存，由于冷卻至33℃以下時析出Na₂SO₃•7H₂O，應(yīng)在維持95～100℃蒸發(fā)濃縮至有大量晶體析出，再利用余熱蒸干，
故答案為：蒸發(fā)結(jié)晶；濁液；
（5）產(chǎn)品中有SO₄^2-也會與氯化鋇生成沉淀，相同類型的離子溶度積越小溶解度越小，相同條件下優(yōu)先生成沉淀BaSO₃、BaSO₄，都屬于同種類型的難溶物，可以直接依據(jù)溶度積常數(shù)判斷溶解度大小，硫酸鋇小于亞硫酸鋇，所以相同條件下優(yōu)先析出的是硫酸鋇沉淀，設(shè)溶液體積均為1L，濃度為0.001mol/L硫酸根離子生成硫酸鋇測定需要鋇離子為n（Ba²⁺）=0.001mol，溶液中余下0.009mol，余下n（Ba²⁺）=0.01mol-0.001=0.009mol，
              Ba²⁺+SO₃^2-=BaSO₃↓
起始  0.0045      0.005
變化      x            x
平衡  0.0045-x   0.0045-x
Ksp（BaSO₃）=（0.0045-x）×（0.0045-x）=8.4×10^-7，x1=5.7×10-3mol/L（不和題意舍去），x2=3.8×10-3mol/L，c（Ba²⁺）=（0.0045-x）mol/L=7×10^-4mol/L，
向“溶液B”中滴入BaCl₂和H₂O₂的混合溶液時，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Ba²⁺+H₂O₂+HSO₃^-═BaSO₄↓+H⁺+H₂O，
 故答案為：SO₄^2-；7×10^-4；Ba²⁺+H₂O₂+HSO₃^-═BaSO₄↓+H⁺+H₂O．

點評 本題以物質(zhì)制備為載體，考查學(xué)生對原理的分析理解、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)、信息獲取與遷移運用等，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，題目難度較大．