Question

【題目】工業生產中產生的SO2、NO直接排放將對大氣造成嚴重污染．利用電化學原理吸收SO2和NO，同時獲得 Na2S2O4和 NH4NO3產品的工藝流程圖如下（Ce為鈰元素）．

請回答下列問題．

（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溶液反應后的溶液中，它們的物質的量分數ω與溶液pH的關系如圖1所示．

①下列說法正確的是______（填標號）．

A．pH=7時，溶液中c（Na+）=3c（）

B．由圖中數據，可以估算出H2SO3的第二級電離平衡常數Ka2≈10-7

C．為獲得盡可能純的 NaHSO3，應將溶液的pH控制在 4～5為宜

D．pH=9時溶液中c（OH-）=c（H+）+c（）+c（H2SO3）

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

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裝在______（填“酸式”或“堿式”）滴定管中，判斷滴定終點的方法是______

（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”）極．右側反應室中發生的主要電極反應式為______．

（4）已知進入裝置Ⅳ的溶液中NO2-的濃度為 0.4mol/L，要使 1m3該溶液中的NO2-完全轉化為 NH4NO3，需至少向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的 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－，根據氧化還原反應書寫離子方程式。

（2）根據電荷守恒和圖像及溶液的pH分析；根據物質的量的比例關系書寫離子方程式；高錳酸鉀裝在酸式滴定管里，當最后一滴滴入，溶液變為紫紅色，且半分鐘內不變為原來顏色。

（3）根據化合價分析得到化合價升高，應在陽極反應，連接電源正極，右側發生化合價降低的反應。

（4）亞硝酸根化合價升高，氧氣化合價降低，根據升降守恒得出氧氣的物質的量。

（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，根據電荷守恒和pH=7時，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，由圖中數據，pH=7時，c(HSO3－) = c(SO32－)，因此估算出H2SO3的第二級電離平衡常數Ka2≈10-7，故B正確；

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

D選項，pH = 9時溶液為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉混合溶液，無法得出溶液中c(OH－)=c(H+) + c(HSO3－) +c(H2SO3)，故D錯誤。

綜上所述，答案為ABC。

②1L 1mol/L的NaOH溶液中含NaOH的物質的量為1 mol，NaOH完全吸收13.44L（標況下）SO2即0.6molSO2，NaOH和SO2的物質的量之比為5:3，則反應的總離子方程式為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氧化性，會腐蝕橡膠管，因此應裝在酸式滴定管中，判斷滴定終點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+，在陽極反應生成Ce4+，陽極連接電源的正極，因此A為電源正極，右側反應室中發生的主要電極反應式為2HSO3－ + 2e－ +2 H+ = S2O42－+ 2H2O，故答案為：正；2HSO3－ + 2e－ +2 H+ = S2O42－+ 2H2O。

⑷已知進入裝置Ⅳ的溶液中NO2－的濃度為0.4mol/L，要使1m3該溶液中的NO2－完全轉化為NH4NO3，即n(NO2－)= 0.4mol/L×1000L = 400mol，亞硝酸根升高2個價態，氧氣降低4個價態，因此需400mol亞硝酸根與200mol氧氣反應，向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的O2的體積為200mol ×22.4 L/mol =4480 L，故答案為：4480。