Question

【題目】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)品的工藝流程圖如下（Ce為鈰元素）．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題．

（1）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下生成NO2-的離子方程式______．

（2）含硫各微粒（H2SO3、和）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)ω與溶液pH的關(guān)系如圖1所示．

①下列說(shuō)法正確的是______（填標(biāo)號(hào)）．

A．pH=7時(shí)，溶液中c（Na+）=3c（）

B．由圖中數(shù)據(jù)，可以估算出H2SO3的第二級(jí)電離平衡常數(shù)Ka2≈10-7

C．為獲得盡可能純的 NaHSO3，應(yīng)將溶液的pH控制在 4～5為宜

D．pH=9時(shí)溶液中c（OH-）=c（H+）+c（）+c（H2SO3）

②若1L1mol/L的NaOH溶液完全吸收13.44L（標(biāo)況下）SO2，則反應(yīng)的總離子方程式為______．

③取裝置Ⅰ中的吸收液VmL，用cmol/L的酸性高錳酸鉀溶液滴定，酸性高錳酸鉀溶液應(yīng)裝在______（填“酸式”或“堿式”）滴定管中，判斷滴定終點(diǎn)的方法是______

（3）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______（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______．

（4）已知進(jìn)入裝置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______ L．

Answer 1

【答案】NO+H2O+Ce4+= Ce3++ NO2－+2H+ ABC 3SO2 + 5OH－ = 2SO32－+ HSO3－ + 2H2O 酸式 滴入最后一滴溶液呈紫紅色且半分鐘顏色不變 正 2HSO3－ + 2e－ +2 H+ = S2O42－+ 2H2O 4480

【解析】

（1）裝置Ⅱ中NO和Ce4+在酸性條件下生成Ce3+和NO2－，根據(jù)氧化還原反應(yīng)書寫離子方程式。

（2）根據(jù)電荷守恒和圖像及溶液的pH分析；根據(jù)物質(zhì)的量的比例關(guān)系書寫離子方程式；高錳酸鉀裝在酸式滴定管里，當(dāng)最后一滴滴入，溶液變?yōu)樽霞t色，且半分鐘內(nèi)不變?yōu)樵瓉?lái)顏色。

（3）根據(jù)化合價(jià)分析得到化合價(jià)升高，應(yīng)在陽(yáng)極反應(yīng)，連接電源正極，右側(cè)發(fā)生化合價(jià)降低的反應(yīng)。

（4）亞硝酸根化合價(jià)升高，氧氣化合價(jià)降低，根據(jù)升降守恒得出氧氣的物質(zhì)的量。

（1）裝置Ⅱ中NO和Ce4+在酸性條件下生成Ce3+和NO2－的離子方程式NO+H2O+Ce4+= Ce3++ NO2－+2H+，故答案為：NO+H2O+Ce4+= Ce3++ NO2－+2H+。

（2）①A選項(xiàng)，根據(jù)電荷守恒和pH=7時(shí)，c(HSO3－) = c(SO32－)，因此溶液中c(Na+)= c(HSO3－) +2 c(SO32－) =3 c(HSO3－)，故A正確；

B選項(xiàng)，由圖中數(shù)據(jù)，pH=7時(shí)，c(HSO3－) = c(SO32－)，因此估算出H2SO3的第二級(jí)電離平衡常數(shù)Ka2≈10-7，故B正確；

C選項(xiàng)，由圖1可知，為獲得盡可能純的NaHSO3，應(yīng)將溶液的pH控制在4～5為宜；

D選項(xiàng)，pH = 9時(shí)溶液為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉混合溶液，無(wú)法得出溶液中c(OH－)=c(H+) + c(HSO3－) +c(H2SO3)，故D錯(cuò)誤。

綜上所述，答案為ABC。

②1L 1mol/L的NaOH溶液中含NaOH的物質(zhì)的量為1 mol，NaOH完全吸收13.44L（標(biāo)況下）SO2即0.6molSO2，NaOH和SO2的物質(zhì)的量之比為5:3，則反應(yīng)的總離子方程式為3SO2 + 5OH－ = 2SO32－+ HSO3－ + 2H2O，故答案為：3SO2 + 5OH－ = 2SO32－+ HSO3－ + 2H2O。

③酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，會(huì)腐蝕橡膠管，因此應(yīng)裝在酸式滴定管中，判斷滴定終點(diǎn)的方法是滴入最后一滴溶液呈紫紅色且半分鐘顏色不變，故答案為：酸式；滴入最后一滴溶液呈紫紅色且半分鐘顏色不變。

⑶裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce4+，在陽(yáng)極反應(yīng)生成Ce4+，陽(yáng)極連接電源的正極，因此A為電源正極，右側(cè)反應(yīng)室中發(fā)生的主要電極反應(yīng)式為2HSO3－ + 2e－ +2 H+ = S2O42－+ 2H2O，故答案為：正；2HSO3－ + 2e－ +2 H+ = S2O42－+ 2H2O。

⑷已知進(jìn)入裝置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，即n(NO2－)= 0.4mol/L×1000L = 400mol，亞硝酸根升高2個(gè)價(jià)態(tài)，氧氣降低4個(gè)價(jià)態(tài)，因此需400mol亞硝酸根與200mol氧氣反應(yīng)，向裝置Ⅳ中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O2的體積為200mol ×22.4 L/mol =4480 L，故答案為：4480。