Question

20．SO₂是重要的大气污染物，工业生产中产生的含SO₂烟气必须脱硫后才能排放，脱去烟气中SO₂的方法有多种，回答下列问题：
（1）“热解气还原法”：CO还原SO₂生成S₄和CO₂，反应的化学方程式为8CO+4SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$S₄+8CO₂．
（2）“湿式吸收法”：利用吸收剂与SO₂发生反应从而脱硫．
①下列试剂中适合用作该法吸收剂的是c（填字母，下同）．
a．澄清石灰水  b．浓硫酸  C．Na₂CO₃溶液
②“钠碱法”用NaOH溶液作吸收剂，向100mL0.2mol•L^-1NaOH溶液中通入标准状况下0.448LSO₂气体，反应后测得溶液pH＜7，则溶液中下列各离子浓度关系正确的是ab．
a．c（HSO₃^-＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）
b．c（OH^-）+c（SO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂SO₃）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（OH^-）
③工业上常用Na₂SO₃溶液吸收烟气中的SO₂，将烟气通入1.0mol•L^-1的Na₂SO₃溶液，溶液pH不断减小（设这个过程中溶液体积不变），当溶液pH约为6时，吸收SO₂的能力显著下降，应更换吸收剂，此时溶液中c（SO₃^2-）=0.2mol•L^-1，则溶液中c（HSO₃^-）=1.6mol/L．
④“亚硫酸铵吸收法”用（NH₄）₂SO₃溶液在吸收塔中封闭循环脱硫，发生的主要反应为（NH₄）₂SO₃+SO₂+H₂O═2NH₄HSO₃，测得25℃时溶液pH与各组分物质的量分数的变化关系如图1所示，a点时n（HSO₃^-）：n（H₂SO₃）=1：1，b点时溶液pH=7，则n（NH₄⁺）：n（HSO₃^-）=3：1．
（3）“离子膜电解法”利用硫酸钠溶液吸收SO₂，再用惰性电极电解，将阴极区溶液导出，经过滤分离硫磺后，可循环吸收利用，装置如图2所示，则阴极的电极反应式为SO₂+4H⁺+4e^-═S+2H₂O，阳极产生气体的化学式为O₂．

Answer 1

分析 （1）依据原子个数守恒、得失电子守恒书写方程式；
（2）①根据脱硫的原理，适合用作该法吸收剂的是能与SO₂发生反应的物质；
②n（SO₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，n（NaOH）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，二者反应的化学方程式为：SO₂+NaOH=NaHSO₃，反应后测得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，说明HSO₃^-电离程度大于水解程度，结合溶液的电中性原则、物料守恒以及质子守恒解答该题；
③结合Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃分析离子浓度，溶液pH约为6时，吸收SO₂的能力显著下降，溶质为NaHSO₃，则电离大于其水解；
④根据图象曲线在二者比值的变化及亚硫酸铵、亚硫酸氢铵的化学式组成进行分析、计算；
（3）电解池中阳极发生氧化反应，氢氧根离子失去电子生成氧气；阴极发生还原反应，二氧化硫在酸性环境下得到电子生成硫单质，据此解答．

解答 解：（1）由题意知：“热解气还原法”：CO还原SO₂生成S₄和CO₂，依据原子个数守恒和得失电子守恒该反应的化学方程式：8CO+4SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$S₄+8CO₂；
故答案为：8CO+4SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$S₄+8CO₂；
（2）①a．澄清石灰水中氢氧根离子浓度较低，不适合做吸收剂，故a不选；
  b．浓硫酸与二氧化硫不反应，不能吸收二氧化硫，故b不选；
  C．亚硫酸的酸性强于碳酸，所以二氧化硫能与Na₂CO₃溶液反应，SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂，能够做吸收剂，故c选；
故选：c；
②（SO₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，n（NaOH）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，二者反应的化学方程式为：SO₂+NaOH=NaHSO₃，
a．亚硫酸是弱酸，反应后测得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，说明HSO₃^-电离程度大于水解程度，即c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），NaHSO₃溶液是盐溶液，电离出钠离子和亚硫酸氢根离子，HSO₃^-电离和水解程度相对于亚硫酸钠的电离都比较小，所以c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），故a正确；
b．根据亚硫酸氢钠溶液中的质子守恒可得：c（OH^-）+c（SO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂SO₃），故b正确；
c．溶液中一定存在电荷守恒，阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数即：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故c错误；
故选：ab；
③由Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃，c（SO₃^2-）的浓度是0.2mol•L^-1，依据原子个数守恒则反应的Na₂SO₃溶液为1.0mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，由反应中的物质的量关系可知，生成的c（HSO₃^-）为：0.8mol/L×2=1.6mol/L，
故答案为：1.6mol/L；
④“亚硫酸铵吸收法”用（NH₄）₂SO₃溶液在吸收塔中封闭循环脱轨，发生的主要反应为（NH₄）₂SO₃+SO₂+H₂O=2NH₄HSO₃，测得25℃时溶液pH与各组分物质的量分数的变化关系如图1所示，根据图象可知a点时两个比值相等，则n（HSO₃^-）：n（H₂SO₃）=1：1；
b点时溶液pH=7，根据电荷守恒可知n（NH₄⁺）=n（HSO₃^-）+2n（SO₃^2-），又根据图象曲线可知，n（HSO₃^-）=n（SO₃^2-），则n（NH₄⁺）：n（HSO₃^-）=（1+2）：1=3：1，
故答案为：1：1；3：1；
（3）电解池中阳极发生氧化反应，氢氧根离子失去电子生成氧气；阴极发生还原反应，二氧化硫在酸性环境下得到电子生成硫单质，电极反应式为：SO₂+4H⁺+4e^-═S+2H₂O；
故答案为：SO₂+4H⁺+4e^-═S+2H₂O；O₂．

点评 本题为综合题，设计二氧化硫的性质、有关方程式计算、离子浓度大小比较、电解池，熟悉相关知识是解题关键，注意溶液中三大守恒定律的应用，题目难度中等．