Question

9．Ⅰ．硫在地殼中主要以硫化物、硫酸鹽等形式存在，其單質(zhì)和化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用，
但硫的氧化物直接排放到大氣中會造成污染．
（1）一種以銅作催化劑脫硫的工藝有如下兩個過程：
①在銅的作用下完成工業(yè)尾氣中SO₂的部分催化氧化，所發(fā)生反應(yīng)為：
2SO₂+2nCu+（n+1）O₂+（2-2n）H₂O═2nCuSO₄+（2-2n）H₂SO₄
該反應(yīng)中的還原劑為Cu和SO₂；每吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2LSO₂，被SO₂還原的O₂的質(zhì)量為8g．
②利用如圖所示電化學(xué)裝置吸收另一部分SO₂，并完成Cu的再生．寫出裝置內(nèi)所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：SO₂+2H₂O+Cu²⁺$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4H⁺+SO₄^2-+Cu

（2）碘循環(huán)工藝不僅能吸收SO₂降低環(huán)境污染，同時又能制得氫氣，具體流程如下：

①用離子方程式表示反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
②用化學(xué)平衡移動的原理分析，在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是HI分解為可逆反應(yīng)，及時分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行．
Ⅱ．汽車尾氣是造成霧霾天氣的重要原因之一．已知氮的氧化物是汽車尾氣的污染物，用如圖裝置可監(jiān)測其含量，電池中每轉(zhuǎn)移0.4mol e^-，Pt電極消耗2.24L氧氣（標(biāo)況下）；該裝置負(fù)極反應(yīng)式為NO-2e^-+O^2-=NO₂．

Answer 1

分析 I．（1）①2SO₂+2nCu+（n+1）O₂+（2-2n）H₂O═2nCuSO₄+（2-2n）H₂SO₄中，Cu、S元素的化合價升高，結(jié)合電子守恒計(jì)算；
②利用電解原理將二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫酸吸收，先寫出兩個電極上上發(fā)生的電極反應(yīng)式，加和就可得到總的離子方程式；
（2）①反應(yīng)器中二氧化硫、碘發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸和HI；
②HI分解反應(yīng)為可逆反應(yīng)；
Ⅱ．由離子的定向移動可知NiO極為原電池的負(fù)極，Pt極為原電池的正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，以此解答該題．

解答 解：Ⅰ．（1）①2SO₂+2nCu+（n+1）O₂+（2-2n）H₂O═2nCuSO₄+（2-2n）H₂SO₄中，Cu、S元素的化合價升高，則Cu和SO₂為還原劑，每吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2LSO₂，其物質(zhì)的量為$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，由電子守恒可知，被SO₂還原的O₂的質(zhì)量為$\frac{0.5mol×（6-4）}{2×（2-0）}$×32g/mol=8g，故答案為：Cu和SO₂；8；
②分析圖中電解裝置，可知左邊石墨是電解池的陽極，右邊是陰極；陽極放電的物質(zhì)二氧化硫，失去電子生成硫酸根離子，電極反應(yīng)式：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；陰極放電的物質(zhì)時銅離子，得到電子被還原成單質(zhì)銅，電極反應(yīng)式：Cu²⁺+2e^-=Cu；將上述兩電極的電極反應(yīng)式得總電池反應(yīng)為SO₂+2H₂O+Cu²⁺$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4H⁺+SO₄^2-+Cu，
故答案為：SO₂+2H₂O+Cu²⁺$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4H⁺+SO₄^2-+Cu；
（2）①反應(yīng)器中二氧化硫、碘發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸和HI，離子反應(yīng)為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解反應(yīng)為可逆反應(yīng)，則使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是及時分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，故答案為：HI分解為可逆反應(yīng)，及時分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；
Ⅱ．由離子的定向移動可知NiO極為原電池的負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)為NO-2e^-+O^2-=NO₂，pt電極上電極反應(yīng)為O₂+4e^-=2O^2-，則電池中每轉(zhuǎn)移0.4mol e^-，Pt電極消耗氧氣為0.1mol×22.4L/mol=2.24L，故答案為：2.24；NO-2e^-+O^2-=NO₂．

點(diǎn)評 本題考查氧化還原反應(yīng)及電化學(xué)知識，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，注意把握原電池的工作原理，本題解答的關(guān)鍵是離子的定向移動，以此可確定電源的兩極和反應(yīng)類型，注意體會答題思路，題目難度中等．