题目内容
【题目】工业生产中产生的SO2、NO直接排放将对大气造成严重污染．利用电化学原理吸收SO2和NO，同时获得 Na2S2O4和 NH4NO3产品的工艺流程图如下(Ce为铈元素)．
请回答下列问题．
（1）装置Ⅱ中NO在酸性条件下生成NO2-的离子方程式__________________；
（2）含硫各微粒(H2SO3、HSO3-和SO32-)存在于SO2与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数ω与溶液pH的关系如图1所示
①下列说法正确的是 (填标号)。
A．pH=7时，溶液中c( Na+)＜c (HSO3-)+c(SO32-)
B．由图中数据，可以估算出H2SO3的第二级电离平衡常数Ka2≈10-7
C．为获得尽可能纯的 NaHSO3，应将溶液的pH控制在 4～5为宜
D．pH=9时溶液中c(OH-)=c(H+)+c(HSO3-)+2c(H2SO3)
②若1L1mol/L的NaOH溶液完全吸收13.44L(标况下)SO2，则反应的总离子方程式为 。
③取装置Ⅰ中的吸收液vmL，用cmol/L的酸性高锰酸钾溶液滴定。酸性高锰酸钾溶液应装在 (填“酸式”或“碱式”)滴定管中，判断滴定终点的方法是 。
（3）装置Ⅲ 的作用之一是再生Ce4+ ，其原理如下图所示。
图中A为电源的 (填“正”或“负”)极。右侧反应室中发生的主要电极反应式为 。
（4） 已知进入装置Ⅳ的溶液中NO－2的浓度为 0.4 mol/L ，要使 1m3该溶液中的NO－2完全转化为 NH4NO3，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的 O2的体积为 L。
【答案】（1）H2O + NO + Ce4+ = 2H+ + NO2- + Ce3+（2）①BCD；②3SO2 + 5OH- = 2SO32- + HSO3- + 2H2O；③酸式；当滴入最后一滴高锰酸钾溶液，溶液由无色变为浅红色，且半分钟不褪色。（3）正；2H+ + 2HSO3- + 2e- = S2O42- + 2H2O（4）4480L
【解析】
试题分析：装置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱氢氧化钠之间发生反应：SO2+OH-=HSO3-，NO和氢氧化钠之间不会反应，装置Ⅱ中NO在酸性条件下，NO和Ce4+之间会发生氧化还原反应：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，装置Ⅲ中，在电解槽的阳极2Ce3+-2e-=2Ce4+，阴极电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，装置Ⅳ中通入氨气、氧气，2NO2-+O2++2H++2NH3=2NH4++2NO3-，
（1）装置Ⅱ中NO在酸性条件下NO和Ce4+之间会发生氧化还原反应：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，故答案为：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+；
（2）①A、pH=7时，溶液呈中性，c(H+)=c(OH-)，溶液中存在电荷守恒：c(H+)+c(Na+)=c(HSO3-)+2c(SO32-)+c(OH-)，故溶液中c(Na+)=c(HSO3-)+2c(SO32-)，故A错误；B、HSO3-
SO32-+H+，由图中数据，pH=7时，c(HSO3- )=c(SO32- )，由Ka的表达式可知，H2SO3的第二级电离平衡常数K2≈c(H+)=10-7，故B正确；C、溶液的pH控制在4～5时，c(HSO3- )浓度最大，则为获得尽可能纯的NaHSO3，可将溶液的pH控制在4～5左右，故C正确；D、pH=9时溶液，溶液为亚硫酸钠溶液，由质子守恒可知，c(OH-)=c(H+)+c(HSO3-)+2c(H2SO3)，故D正确；故答案为：BCD；
②1L1.0mol/L的NaOH溶液中含有氢氧化钠的物质的量为：1L×1.0mol/L=1.0mol，13.44L(标况下)SO2，n(SO2)=
=0.6mol，
设反应生成亚硫酸钠的物质的量为x，消耗二氧化硫的物质的量为y
2NaOH+SO2═Na2SO3+H2O
2 1 1
1.0mol y x
=
=
解得：x=0.5mol y=0.5mol根据上述计算可以知道，二氧化硫是过量的，剩余的二氧化硫的物质的量为：0.6mol-0.5mol=0.1mol
所以二氧化硫会和生成的亚硫酸钠继续反应，
设消耗亚硫酸钠的物质的量为a，生成亚硫酸氢钠的物质的量为b
Na2SO3+H2O+SO2═2NaHSO3
1 1 2
a 0.1mol b
=
=
，解得：a=0.1mol b=0.2mol，
则溶液中n(SO32-)=0.5mol-0.1mol=0.4mol，n(HSO3-)=0.2mol，n(SO32-)：n(HSO3-)=2：1，则反应的离子方程式为3SO2+5OH-=2SO32-+HSO3-+2H2O，
故答案为：3SO2+5OH-=2SO32-+HSO3-+2H2O；
③酸式滴定管只能盛放酸性溶液、碱式滴定管只能盛放碱性溶液，酸性高锰酸钾溶液呈酸性，则可以盛放在酸式滴定管中；原溶液无色，而KMnO4为紫红色，所以当溶液中的H2C2O4和KHC2O4反应完全时，滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变；故答案为：酸式；滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变；
（3）生成Ce4+为氧化反应，发生在阳极上，因此再生时生成的Ce4+在电解槽的阳极，连接电源正极，反应物是HSO3-被还原成S2O42-，得到电子，电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，故答案为：正；2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O；
（4）NO2-的浓度为0.4mol/L，要使1m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，则失去电子数为：1000×(5-3)×0.4mol，设消耗标况下氧气的体积是V，根据电子守恒：
×4=1000×(5-3)×0.4mol，解得V=4480L，故答案为：4480。
