Question

6．霧霾含有大量的污染物SO₂、NO．工業(yè)上變“廢”為寶，吸收工業(yè)尾氣SO₂和NO，可獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產(chǎn)品的流程圖如圖1（Ce為鈰元素）：

（1）裝置Ⅰ中的主要離子方程式為SO₂+OH^-=HSO₃^-．
（2）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-）存在于SO₂與NaOH溶液反應(yīng)后的溶液中，它們的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)X（i）與溶液pH 的關(guān)系如圖2所示．
①若是0.1molNaOH反應(yīng)后的溶液，測得溶液的pH=8時(shí)，溶液中個(gè)離子由大到小的順序是c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定濃度的CaCl₂溶液，溶液中出現(xiàn)渾濁，pH降為2，用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋溶液pH降低的原因：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，c（H⁺）增大．
（3）寫出裝置Ⅱ中，酸性條件下的離子方程式NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺．
（4）裝置Ⅲ還可以使Ce⁴⁺再生，其原理如圖3所示．
①生成Ce⁴⁺從電解槽的a（填字母序號(hào)）口流出．
②寫出與陰極的反應(yīng)式2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O．
（5）已知進(jìn)入裝置Ⅳ的溶液中，NO₂^-的濃度為a g•L^-1，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O₂243aL．（用含a代數(shù)式表示，計(jì)算結(jié)果保留整數(shù)）

Answer 1

分析 （1）二氧化硫是酸性氧化物，能和強(qiáng)堿之間發(fā)生反應(yīng)；
（2）①當(dāng)溶液的pH=8時(shí)，根據(jù)圖示得到溶液是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，根據(jù)離子濃度大小比較的方法來回答；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，溶液顯示酸性，根據(jù)平衡移動(dòng)原理來回答；
（3）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成亞硝酸根離子、也可以生成硝酸根離子；
（4）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)；
（5）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒來計(jì)算，NO₂^-的濃度為a g•L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，則失去電子數(shù)目是：$\frac{1000a}{46}$．

解答 解：（1）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)，
故答案為：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
（2）①當(dāng)溶液的pH=8時(shí)，根據(jù)圖示得到溶液是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，離子濃度大小順序是：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，溶液顯示酸性，加入CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，
故答案為：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，c（H⁺）增大；
（3）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，
故答案為：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（4）①在電解池中，陽極上是Ce³⁺失電子成為Ce⁴⁺的過程，所以生成Ce⁴⁺從電解槽的陽極上極a極流出，
故答案為：a；
②電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O，
故答案為：2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O；
（5）NO₂^-的濃度為a g•L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，則失去電子數(shù)目是：$\frac{1000a}{46}$，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，則失電子數(shù)目是：$\frac{V}{22.4}$，根據(jù)電子守恒：$\frac{1000a}{46}$=$\frac{V}{22.4}$，解得V=243a，
故答案為：243a．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查學(xué)生含氮元素、含硫元素物質(zhì)的性質(zhì)知識(shí)，注意知識(shí)的梳理和歸納是關(guān)鍵，難度中等．