Question

【題目】SO2的含量是空氣質量日報中一項重要檢測指標，也是最近霧霾天氣肆虐我國大部分地區的主要原因之一。加大SO2的處理力度，是治理環境污染的當務之急。

I．電化學法處理SO2。

硫酸工業尾氣中的SO2經分離后，可用于制備硫酸，同時獲得電能，裝置如右圖所示（電極均為惰性材料）：

（1）M極發生的電極反應式為________________。

（2）若使該裝置的電流強度達到2．0A，理論上每分鐘應向負極通入標準狀況下氣體的體積為________L（已知：1個e-所帶電量為1.6×10-19C）。

Ⅱ.溶液與電化學綜合（鈉堿循環法）處理SO2。

（3）鈉堿循環法中，用Na2SO3溶液作為吸收液來吸收SO2，該反應的離子方程式為______________。

（4）吸收液吸收SO2的過程中，pH隨n(SO32-)／n(HSO3-)變化關系如右圖所示：

①用圖中數據和變化規律說明NaHSO3溶液呈酸性的原因________________。

②n(SO32-)／n(HSO3-)=1：1時，溶液中離子濃度由大到小的順序是_____________。

（5）當吸收液的pH降至約為6時，需送至電解槽處理，直至得到pH>8的吸收液再循環利用，其電解示意圖如下：

①寫出陽極發生的電極反應式________________；

②當電極上有2 mol電子轉移時陰極產物的質量為______________。

Answer 1

【答案】SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋ 0. 014 SO32－＋SO2＋H2O=2HSO3－ 隨著n(SO32－)/n(HSO3－)的減小，pH逐漸減�。划�n(SO32－)/c(HSO3－)=1：10時，pH=6.2，已呈酸性；當為NaHSO3溶液時，pH一定小于6.2 c(Na＋)>c(SO32－)=c(HSO3－)>c(OH－)>c(H＋) HSO3－＋H2O－2e－=SO42－＋3H＋ 2.0g

【解析】

（1）根據原電池的工作原理和圖示，M極通入的SO2發生失電子的氧化反應產生硫酸，M極為負極，因此M極的電極反應式為：SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋；

（2）若使該裝置的電流強度達到2.0A，理論上每分鐘通過的電子物質的量為2.0A×60s÷(1.6×10-19C)÷(6.02×1023mol-1)=1.246×10-3mol，根據電極反應式SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋，標準狀況下向負極通入SO2的體積V(SO2)=n（e-）×22.4L/mol=×1.246×10-3mol×22.4L/mol= 0.014L；

（3）Na2SO3溶液吸收SO2生成NaHSO3，反應的離子方程式為SO2＋SO32－＋H2O=2HSO3－；

（4）①根據圖中數據變化，得出：隨著n(SO32－)/n(HSO3－)的減小，pH逐漸減��；當n(SO32－)/c(HSO3－)=1：10時，pH=6.2，已呈酸性；當為NaHSO3溶液時，pH一定小于6.2；

②根據圖像可知，n(SO32-)/n(HSO3-)=1：1時，溶液顯堿性，即c(OH－)>c(H＋)，Na＋不水解，因此離子濃度大�。�c(Na＋)>c(SO32－)=c(HSO3－)>c(OH－)>c(H＋)；

（5）①根據電解示意圖，陽極上HSO3-失電子發生氧化反應生成SO42-，電極反應式為：H2O＋HSO3－－2e－=SO42－＋3H＋；

②根據圖示，陰極發生的電極反應式為：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，轉移2mol電子生成1mol氫氣，即得到2g氫氣。