Question

霧霾含有大量的污染物SO₂、NO。工業上變“廢”為寶，吸收工業尾氣SO₂和NO，可獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產品的流程圖如下(Ce為鈰元素)：

（1）裝置Ⅰ中的主要離子方程式為                                         。
（2）含硫各微粒(H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－)存在于SO₂與NaOH溶液反應后的溶液中，它們的物質的量分數X(i)與溶液pH 的關系如圖所示。

①若是0.1molNaOH反應后的溶液，測得溶液的pH=8時，溶液中個離子由大到小的順序是                                    。
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定濃度的CaCl₂溶液，溶液中出現渾濁，pH降為2，用化學平衡移動原理解釋溶液pH降低的原因：                                    。
（3）寫出裝置Ⅱ中，酸性條件下的離子方程式                                      。
（4）裝置Ⅲ還可以使Ce⁴⁺再生，其原理如下圖所示。

①生成Ce⁴⁺從電解槽的        (填字母序號)口流出。
②寫出與陰極的反應式                        。
（5）已知進入裝置Ⅳ的溶液中，NO₂^－的濃度為a g·L^-1，要使1 m³該溶液中的NO₂^－完全轉化為NH₄NO₃，需至少向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的O₂              L。(用含a代數式表示，計算結果保留整數)

Answer 1

（每空2分）
（1）SO₂ + OH^－="==" HSO₃^－
（2）①c(Na⁺＞c(SO₃^2－)＞c(HSO₃^－)＞c(OH^－)＞c(H⁺)
②HSO₃^－ 在溶液中存在電離平衡：HSO₃^－SO₃^2－+H⁺，加入CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2－="==" CaSO₃↓使電離平衡右移，c(H⁺)增大。
（3）NO+2H₂O+3Ce⁴⁺===3Ce³⁺+NO₃^－+4H⁺、NO+H₂O+Ce⁴⁺===Ce³⁺+NO₂^－+2H⁺
（4）①a  ②2HSO₃^－+4H⁺+ 4e^－="==" S₂O₃^2-+3H₂O 
（5）243a(242a、244a、5600a /23都給分)

試題分析：（1）裝置Ⅰ中的將SO₂變成了HSO₃^－，離子方程式是SO2 + OH^－="==" HSO3^－。
（2）①若是0.1molNaOH反應后的溶液，測得溶液的pH=8時，圖像中的c(SO₃^2－)＞c(HSO₃^－)，而c(OH^－)=10^-6mol/L，遠小于c(OH^－)，故溶液中離子濃度為：c(Na⁺＞c(SO₃^2－)＞c(HSO₃^－)＞c(OH^－)＞c(H⁺)。②HSO₃^－ 在溶液中存在電離平衡：HSO₃^－SO₃^2－+H⁺，加入CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2－="==" CaSO₃↓使電離平衡右移，c(H⁺)增大。
（3）在酸性條件下裝置Ⅱ中，Ce⁴⁺將NO氧化為NO₃^－或NO₂^－，本身還原為Ce³⁺，有兩個反應，即NO+2H₂O+3Ce⁴⁺===3Ce³⁺+NO₃^－+4H⁺、NO+H₂O+Ce⁴⁺===Ce³⁺+NO₂^－+2H⁺。
（4）裝置Ⅲ使Ce³⁺→Ce⁴⁺，反應過程失去電子，在陽極發生，接電源正極，故生成Ce⁴⁺從電解槽的a口出來；陰極HSO₃^－得到電子生成S₂O₃²，即2HSO₃^－+4H⁺+ 4e^－="==" S₂O₃^2-+3H₂O。
（5）裝置Ⅳ中的與O₂和NO₂^－參加的反應：2NH₃+2H⁺+O₂+2NO₂^－===2NH₄NO₃，n(O₂)=n(NO₂^－)= ×1000L×a g·L^-1/46g·mol^-1，V(O₂)=22.4L·mol^-1 n(O₂)= 243a。