Question

19．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)，溶液中各離子濃度由大到小的順序是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⁺．
（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）口流出．
②寫出與陰極的反應(yīng)式2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O．
（5）用鉑電極A、B電解CuSO₄溶液，先在A上收集到5.6L氣體，然后反接電源，又在B極上收集到5.6L氣體．整個(gè)過程中電路通過的電子為2mol．（氣體體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積）

Answer 1

分析 SO₂、NO是大氣污染物，通過氫氧化鈉溶液吸收得到亞硫酸氫鈉，一氧化氮不反應(yīng)，通過裝置Ⅱ加入Ce⁴⁺氧化還原反應(yīng)得到Ce³⁺、NO₂^-、NO₃^-等，和亞硫酸氫鈉混合，在電解池中通電電解得到Ce⁴⁺循環(huán)使用，獲得Na₂S₂O₄，NO₂^-、NO₃^-等加入氨氣和氧氣在裝置Ⅳ中發(fā)生反應(yīng)得到NH₄NO₃產(chǎn)品，
（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)平衡移動原理來回答；
（3）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（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）電解CuSO₄溶液，先在A上收集到5.6L即0.25mol氣體，即為氧氣，發(fā)生反應(yīng)：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；A是陽極，B極上發(fā)生反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，該電極析出金屬銅，B是陰極，根據(jù)電子守恒計(jì)算生成金屬銅的物質(zhì)的量，然后電極反接，在B極上收集到5.6L氣體即為氧氣，此時(shí)B是陽極，先是金屬銅失電子，然后是4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，根據(jù)電子守恒計(jì)算即可．

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⁺之間會發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，故答案為：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（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）電解CuSO₄溶液，先在A上收集到5.6L即0.25mol氣體，即為氧氣，發(fā)生反應(yīng)：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；此時(shí)轉(zhuǎn)移電子1mol，A是陽極，B極上發(fā)生反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，該電極析出金屬銅，B是陰極，根據(jù)電子守恒，轉(zhuǎn)移1mol電子，生成金屬銅的物質(zhì)的量是0.5mol，然后電極反接，在B極上收集到5.6L氣體即為氧氣，此時(shí)B是陽極，先是金屬銅失電子，發(fā)生反應(yīng)：Cu-2e^-=Cu²⁺，轉(zhuǎn)移電子1mol，然后是4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，收集到5.6L0.25mol氣體轉(zhuǎn)移電子1mol，所以轉(zhuǎn)移電子是2mol，
故答案為：2．

點(diǎn)評 本題考查了電解原理、二氧化硫的污染及治理、化學(xué)平衡及其影響、氧化還原反應(yīng)等知識，題目難度中等，試題知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力，注意掌握電解原理、化學(xué)平衡移動原理及其應(yīng)用，能夠正確書寫電極反應(yīng)式、離子方程式．