Question

我國硫酸工業SO₂年排放量約10萬噸，硫酸工業的尾氣必須進行處理．

（1）某工廠采用氨-硫酸銨治理含硫煙氣和同時吸收焦爐氣中的氨，其工藝流程圖如甲：
①從環境保護的角度看，采用上述工藝可防止

酸雨的產生、水體氮富營養化

；設計一個簡單的實驗方案，檢驗尾氣中是否含有氨氣：

將濕潤的紅色石蕊試紙伸入尾氣樣品中，觀察試紙是否變紅

．
②氨氣吸收塔中發生反應的離子方程式為

HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O（或：HSO₃^-+NH₃=SO₃^2-+NH₄⁺）

．
（2）用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再用惰性電極電解吸收液將其轉化為H₂SO₄的裝置如圖乙所示．陽極電極反應有兩個，其電極反應式分別為：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺和

HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-

．
（3）利用Fe³⁺的氧化性，將SO₂氧化成SO₄^2-而實現SO₂的回收利用．為測定轉化器中SO₂氧化成SO₄^2-的轉化率，設計如圖丙兩個實驗．
①實驗Ⅰ可采用如圖丁裝置模擬測定煙氣中SO₂的體積分數．X溶液既要能吸收又要能指示反應終點，則X溶液最好選用

碘的淀粉溶液（或酸性KMnO₄溶液）

．
實驗Ⅰ還可采用下列方案：取280mL（標準狀況）氣體樣品與足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反應后，用濃度為0.020mol/L的K₂Cr₂O₇溶液滴定反應生成的Fe²⁺，至終點消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL．尾氣中SO₂的體積分數為

12.00%

．
已知：Cr₂O₇^2-+Fe²⁺+H⁺→Cr³⁺+Fe³⁺+H₂O（未配平）．
②實驗Ⅱ測定轉化了的SO₂，轉化器中反應的離子方程式為

2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺

；假設測定在標準狀況下進行，且已知混合氣體流速，該實驗中還需測定的數據有：實驗時間、

BaSO₄的質量

．

Answer 1

分析：（1）①上述工藝吸收了含硫煙氣和焦爐氣中的氨，含硫煙氣可引起酸雨的產生，氨可引起水體氮富營養化；根據氨氣的檢驗方法：將濕潤的紅色石蕊試紙伸入尾氣樣品中，觀察試紙是否變藍；②NH₄HSO₃顯酸性，能與堿性物質反應；
（2）在電解池的陽極上發生失電子的氧化反應；
（3）①測定模擬煙氣中SO₂的體積分數，可根據二氧化硫氣體的還原性，與具有氧化性的酸性高錳酸鉀或碘水反應，通過顏色的變化判斷；根據原子守恒及電子轉移列出關系式，根據關系式計算樣品中SO₂的體積分數；
②欲測定轉化器中SO₂氧化成SO₄^2-的轉化率，還需要測定時間和生成沉淀的質量．

解答：解：（1）①含硫煙氣中含有二氧化硫等有毒物質，可引起酸雨的產生，氨中含氮元素，可引起水體氮富營養化；因氨氣是堿性氣體，能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，可以用來檢驗氨氣的存在，
故答案為：酸雨的產生、水體氮富營養化；將濕潤的紅色石蕊試紙伸入尾氣樣品中，觀察試紙是否變藍；
②NH₄HSO₃顯酸性，能與堿性物質氨氣之間發生反應：NH₄HSO₃^-+NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃+H₂O，離子方程式為：HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O，
故答案為：HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O （或：HSO₃^-+NH₃=SO₃^2-+NH₄⁺）
（2）裝置的目的是用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再用惰性電極電解吸收液將其轉化為H₂SO₄，可以知道化合價升高的是硫元素，在陽極上會發生失電子化合價升高的反應，故陽極反應式為：HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-，
故答案為：HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-；
（3）①二氧化硫氣體有還原性，與具有氧化性的酸性高錳酸鉀或碘水反應，令樣品中SO₂的體積分數是x，則：
        6SO₂ ～12Fe²⁺～2Cr₂O^2-₇
        6mol            2mol
      

0.280xL

22.4L/mol

    0.025L×0.020mol/L

6

0.280x 22.4

=

2

0.025×0，02

解得x=12.00%，
故答案為：碘的淀粉溶液（或酸性KMnO₄溶液）；12.00%；
②轉化器中二氧化硫可以被三價鐵離子氧化為硫酸根離子，反應的離子方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，欲測定轉化器中SO₂氧化成SO₄^2-的轉化率，還需要測定時間和生成沉淀的質量，根據硫酸鋇沉淀的量計算硫酸根生成的量，據硫元素守恒沒硫酸根離子的量即為被氧化的二氧化硫的量，進而計算轉化率，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；BaSO₄的質量．

點評：本題主要考查了SO₂的性質及其計算，注意氧化還原反應規律以及電解池的工作原理是關鍵，難度大，綜合性強．