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、HSO3﹣和SO32﹣）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+）＜c（HSO3﹣）+c（SO32﹣）
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)的溶液中c（OH﹣）=c（H+）+c（HSO4﹣）+c（H2SO4）
②若1L1mol/L的NaOH溶液完全吸收13.44L（標(biāo)況下）SO2 ， 則反應(yīng)的離子方程式為 ．
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)人裝置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】
（1）NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2﹣+2H+
（2）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
（3）正；滴入最后一滴溶液呈紫紅色且半分鐘顏色不變
（4）4480
【解析】解：裝置Ⅰ中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(huì)反應(yīng)，裝置Ⅱ中NO在酸性條件下，NO和Ce4+之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2﹣+2H+ ， NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3﹣+4H+ ， 裝置Ⅲ中，在電解槽的陽(yáng)極2Ce3+﹣2e﹣=2Ce4+ ， 陰極電極反應(yīng)式為：2HSO3﹣+2H++2e﹣=S2O42﹣+2H2O，裝置Ⅳ中通入氨氣、氧氣，2NO2﹣+O2++2H++2NH3=2NH4++2NO3﹣ ， （1）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下NO和Ce4+之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2﹣+2H+ ， NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3﹣+4H+ ， 所以答案是：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2﹣+2H+；（2）①A．pH=7時(shí)，溶液呈中性，c（H+）=c（OH﹣），溶液中存在電荷守恒：c（H+）+c（Na+）=c（HSO3﹣）+2c（SO32﹣）+c（OH﹣），故溶液中c（Na+）=c（HSO3﹣）+2c（SO32﹣），故A正確；
B．HSO3﹣SO32﹣+H+ ， 由圖中數(shù)據(jù)，pH=7時(shí)，c（HSO3﹣ ）=c（SO32﹣ ），由Ka的表達(dá)式可知，H2SO3的第二級(jí)電離平衡常數(shù)K2≈c（H+）=10﹣7 ， 故B正確；
C．溶液的pH控制在4～5時(shí)，c（HSO3﹣ ）濃度最大，則為獲得盡可能純的NaHSO3 ， 可將溶液的pH控制在4～5左右，故C正確；
D．溶液存在質(zhì)子守恒，應(yīng)為c（OH﹣）=c （H+）+c（HSO3﹣）+2c（H2SO3），故D錯(cuò)誤；
所以答案是：ABC；②1L1.0mol/L的NaOH溶液中含有氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：1L×1.0mol/L=1.0mol，13.44L（標(biāo)況下）SO2 ， n（SO2）= =0.6mol，
設(shè)反應(yīng)生成亞硫酸鈉的物質(zhì)的量為x，消耗二氧化硫的物質(zhì)的量為y

2NaOH+	SO2═	Na2SO3+H2O
2	1	1
1.0mol	y	x

= = 解得：x=0.5mol y=0.5mol根據(jù)上述計(jì)算可以知道，二氧化硫是過(guò)量的，剩余的二氧化硫的物質(zhì)的量為：0.6mol﹣0.5mol=0.1mol
所以二氧化硫會(huì)和生成的亞硫酸鈉繼續(xù)反應(yīng)，
設(shè)消耗亞硫酸鈉的物質(zhì)的量為a，生成亞硫酸氫鈉的物質(zhì)的量為b

Na2SO3+H2O+	SO2═	2NaHSO3
1	1	2
a	0.1mol	b

= = 解得：a=0.1mol b=0.2mol，
則溶液中n（SO32﹣）=0.5mol﹣0.1mol=0.4mol，n（HSO3﹣）=0.2mol，n（SO32﹣）：n（HSO3﹣）=2：1，則反應(yīng)的離子方程式為3SO2+5OH﹣=2SO32﹣+HSO3﹣+2H2
所以答案是：3SO2+5OH﹣=2SO32﹣+HSO3﹣+2H2O；
③酸式滴定管只能盛放酸性溶液、堿式滴定管只能盛放堿性溶液，酸性高錳酸鉀溶液呈酸性，則可以盛放在酸式滴定管中；原溶液無(wú)色，而KMnO4為紫紅色，所以當(dāng)溶液中的H2C2O4和KHC2O4反應(yīng)完全時(shí)，滴入最后一滴溶液呈紫紅色且半分鐘顏色不變；
所以答案是：酸式；滴入最后一滴溶液呈紫紅色且半分鐘顏色不變；（3）生成Ce4+為氧化反應(yīng)，發(fā)生在陽(yáng)極上，因此再生時(shí)生成的Ce4+在電解槽的陽(yáng)極，連接電源正極，反應(yīng)物是HSO3﹣被還原成S2O42﹣ ， 得到電子，電極反應(yīng)式為：2HSO3﹣+2H++2e﹣=S2O42﹣+2H2O，
所以答案是：正；2HSO3﹣+2H++2e﹣=S2O42﹣+2H2O；（4）NO2﹣的濃度為0.4mol/L，要使1m3該溶液中的NO2﹣完全轉(zhuǎn)化為NH4NO3 ， 則失去電子數(shù)為：1000×（5﹣3）×0.4mol，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，根據(jù)電子守恒： ×4=1000×（5﹣3）×0.4mol，解得V=4480L，
所以答案是：4480．