Question

20．SO₂是重要的大氣污染物，工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的含SO₂煙氣必須脫硫后才能排放，脫去煙氣中SO₂的方法有多種，回答下列問題：
（1）“熱解氣還原法”：CO還原SO₂生成S₄和CO₂，反應的化學方程式為8CO+4SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$S₄+8CO₂．
（2）“濕式吸收法”：利用吸收劑與SO₂發(fā)生反應從而脫硫．
①下列試劑中適合用作該法吸收劑的是c（填字母，下同）．
a．澄清石灰水  b．濃硫酸  C．Na₂CO₃溶液
②“鈉堿法”用NaOH溶液作吸收劑，向100mL0.2mol•L^-1NaOH溶液中通入標準狀況下0.448LSO₂氣體，反應后測得溶液pH＜7，則溶液中下列各離子濃度關系正確的是ab．
a．c（HSO₃^-＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）
b．c（OH^-）+c（SO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂SO₃）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（OH^-）
③工業(yè)上常用Na₂SO₃溶液吸收煙氣中的SO₂，將煙氣通入1.0mol•L^-1的Na₂SO₃溶液，溶液pH不斷減�。ㄔO這個過程中溶液體積不變），當溶液pH約為6時，吸收SO₂的能力顯著下降，應更換吸收劑，此時溶液中c（SO₃^2-）=0.2mol•L^-1，則溶液中c（HSO₃^-）=1.6mol/L．
④“亞硫酸銨吸收法”用（NH₄）₂SO₃溶液在吸收塔中封閉循環(huán)脫硫，發(fā)生的主要反應為（NH₄）₂SO₃+SO₂+H₂O═2NH₄HSO₃，測得25℃時溶液pH與各組分物質的量分數(shù)的變化關系如圖1所示，a點時n（HSO₃^-）：n（H₂SO₃）=1：1，b點時溶液pH=7，則n（NH₄⁺）：n（HSO₃^-）=3：1．
（3）“離子膜電解法”利用硫酸鈉溶液吸收SO₂，再用惰性電極電解，將陰極區(qū)溶液導出，經(jīng)過濾分離硫磺后，可循環(huán)吸收利用，裝置如圖2所示，則陰極的電極反應式為SO₂+4H⁺+4e^-═S+2H₂O，陽極產(chǎn)生氣體的化學式為O₂．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)原子個數(shù)守恒、得失電子守恒書寫方程式；
（2）①根據(jù)脫硫的原理，適合用作該法吸收劑的是能與SO₂發(fā)生反應的物質；
②n（SO₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，n（NaOH）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，二者反應的化學方程式為：SO₂+NaOH=NaHSO₃，反應后測得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，說明HSO₃^-電離程度大于水解程度，結合溶液的電中性原則、物料守恒以及質子守恒解答該題；
③結合Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃分析離子濃度，溶液pH約為6時，吸收SO₂的能力顯著下降，溶質為NaHSO₃，則電離大于其水解；
④根據(jù)圖象曲線在二者比值的變化及亞硫酸銨、亞硫酸氫銨的化學式組成進行分析、計算；
（3）電解池中陽極發(fā)生氧化反應，氫氧根離子失去電子生成氧氣；陰極發(fā)生還原反應，二氧化硫在酸性環(huán)境下得到電子生成硫單質，據(jù)此解答．

解答 解：（1）由題意知：“熱解氣還原法”：CO還原SO₂生成S₄和CO₂，依據(jù)原子個數(shù)守恒和得失電子守恒該反應的化學方程式：8CO+4SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$S₄+8CO₂；
故答案為：8CO+4SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$S₄+8CO₂；
（2）①a．澄清石灰水中氫氧根離子濃度較低，不適合做吸收劑，故a不選；
  b．濃硫酸與二氧化硫不反應，不能吸收二氧化硫，故b不選；
  C．亞硫酸的酸性強于碳酸，所以二氧化硫能與Na₂CO₃溶液反應，SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂，能夠做吸收劑，故c選；
故選：c；
②（SO₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，n（NaOH）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，二者反應的化學方程式為：SO₂+NaOH=NaHSO₃，
a．亞硫酸是弱酸，反應后測得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，說明HSO₃^-電離程度大于水解程度，即c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），NaHSO₃溶液是鹽溶液，電離出鈉離子和亞硫酸氫根離子，HSO₃^-電離和水解程度相對于亞硫酸鈉的電離都比較小，所以c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），故a正確；
b．根據(jù)亞硫酸氫鈉溶液中的質子守恒可得：c（OH^-）+c（SO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂SO₃），故b正確；
c．溶液中一定存在電荷守恒，陽離子所帶的正電荷總數(shù)等于陰離子所帶的負電荷總數(shù)即：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故c錯誤；
故選：ab；
③由Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃，c（SO₃^2-）的濃度是0.2mol•L^-1，依據(jù)原子個數(shù)守恒則反應的Na₂SO₃溶液為1.0mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，由反應中的物質的量關系可知，生成的c（HSO₃^-）為：0.8mol/L×2=1.6mol/L，
故答案為：1.6mol/L；
④“亞硫酸銨吸收法”用（NH₄）₂SO₃溶液在吸收塔中封閉循環(huán)脫軌，發(fā)生的主要反應為（NH₄）₂SO₃+SO₂+H₂O=2NH₄HSO₃，測得25℃時溶液pH與各組分物質的量分數(shù)的變化關系如圖1所示，根據(jù)圖象可知a點時兩個比值相等，則n（HSO₃^-）：n（H₂SO₃）=1：1；
b點時溶液pH=7，根據(jù)電荷守恒可知n（NH₄⁺）=n（HSO₃^-）+2n（SO₃^2-），又根據(jù)圖象曲線可知，n（HSO₃^-）=n（SO₃^2-），則n（NH₄⁺）：n（HSO₃^-）=（1+2）：1=3：1，
故答案為：1：1；3：1；
（3）電解池中陽極發(fā)生氧化反應，氫氧根離子失去電子生成氧氣；陰極發(fā)生還原反應，二氧化硫在酸性環(huán)境下得到電子生成硫單質，電極反應式為：SO₂+4H⁺+4e^-═S+2H₂O；
故答案為：SO₂+4H⁺+4e^-═S+2H₂O；O₂．

點評 本題為綜合題，設計二氧化硫的性質、有關方程式計算、離子濃度大小比較、電解池，熟悉相關知識是解題關鍵，注意溶液中三大守恒定律的應用，題目難度中等．