Question

【题目】“烟气脱硫”是环境治理的重要工程，两种常见脱硫方法如下。回答相关问题：

方法I：用亚硫酸盐吸收烟气中的SO2。已知吸收过程中含硫组分物质的量分数与溶液pH的变化关系如图所示。

(1)若选用 (NH4)2SO3作为吸收液(已知NH3·H2O 的电离常数Kb=1.74×10-5)：

①H2SO3的pKa1=________( pKa1 = -lgKa1)；

②(NH4)2SO3溶液呈________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)，理由是________________；

③图中b点溶液中n(HSO3- ) : n(NH4+) =_________。

(2)若选用0.1mol/L 的Na2SO3作为吸收液，吸收过程中，下列有关粒子浓度关系一定正确的是(忽略溶液体积的变化)_________。

A.Na2SO3溶液中存在：c(Na+)>c(SO32-)>c(H2SO3)>c(HSO3-)

B.NaHSO3溶液中存在：c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H2SO3)

C.当吸收液呈中性时：2c(SO32-)+c(HSO3-)=0.2mol/L

D.当吸收液呈酸性时：c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)

方法II：用含铬废水吸收烟气中的SO2。吸收原理如图所示：

(3)“吸收”中反应的离子方程式为____________________

(4)欲使废水中的铬元素完全转化为Cr(OH)3沉淀，应调节pH的范围为____。(常温下Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32)

Answer 1

【答案】1.85 碱性 SO32-的水解程度大于NH4+的水解程度 1:3 BC 3SO2+Cr2O72－+2H+ ＝2Cr3++3SO42-+H2O ≥5

【解析】

(1)①H2SO3的第一步电离平衡常数Ka1=，据此结合图像计算；

②(NH4)2SO3溶液中存在铵根的水解和亚硫酸根的水解，若铵根水解程度大则显酸性，若亚硫酸根水解程度大则显碱性；

③结合电荷守恒和图像进行判断；

(2)A.Na2SO3作为吸收液，溶液中存在第一步水解：，第二步水解：，且一步水解程度远大于第二步水解；

B.NaHSO3溶液中存在电离平衡：，和水解平衡：，据此进行分析；

C.根据电荷守恒进行分析；

D.根据电荷守恒进行分析；

(3)根据产物可知该过程中Cr2O72－被还原成Cr3+，二氧化硫做还原剂；

(4)当离子浓度，可认为该离子完全沉淀；然后根据Ksp[Cr(OH)3]=c(Cr3+)·c3(OH-)进行计算；

(1)①Ka1=，根据图像可知当pH=1.85时，n(HSO3- ) =n(H2SO3)，也即c(HSO3- ) =c(H2SO3)，所以Ka1=10-1.85，则pKa1=1.85，故答案为：1.85；

②NH3·H2O 的电离常数Kb=1.74×10-5，则铵根的水解平衡常数为，亚硫酸根的水解平衡常数根据图像可知当pH=7时，n(HSO3-)=n(SO32-)，即c(HSO3-)=c(SO32-)，所以亚硫酸根的水解平衡常数为1×10-7，大于铵根的水解平衡常数，所以亚硫酸根的水解程度大，溶液显碱性，故答案为：碱性；SO32-的水解程度大于NH4+的水解程度；

③b点溶液呈中性，即c(H+)=c(OH-)，同时溶液中存在电荷守恒2c(SO32-)+c(HSO3-)+ c(OH-)= c(NH4+)+ c(H+)，则有2c(SO32-)+c(HSO3-)= c(NH4+)，根据图像可知该点c(HSO3-)=c(SO32-)，所以有3c(HSO3-)= c(NH4+)，所以n(HSO3- ) : n(NH4+) =1:3；

(2)A.根据分析可知，在吸收二氧化硫之前，H2SO3是水解产生的，且为更为微弱的第二步水解产生，所以此时c(HSO3-)>c(H2SO3)，故A错误；

B.NaHSO3溶液中存在硫酸氢根的电离和水解，根据图像可知硫酸氢钠水溶液显酸性即电离大于水解，所以c(SO32-)>c(H2SO3)，溶液中存在c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H2SO3)，故B正确；

C.吸收至中性时存在电荷守恒2c(SO32-)+c(HSO3-)+ c(OH-)= c(Na+)+ c(H+)，且此时c(H+)=c(OH-)，所以有2c(SO32-)+c(HSO3-)=c(Na+)=0.2mol/L，故C正确；

D.当吸收溶液呈酸性时，溶液中有电荷守恒：2c(SO32-)+c(HSO3-)+ c(OH-)= c(Na+)+ c(H+)，溶液显酸性则c(H+)<c(OH-)，所以2c(SO32-)+c(HSO3-)>c(Na+)，根据图像可知当溶液呈酸性时c(H2SO3)> c(SO32-)是，所以c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)> c(Na+)，故D错误；

故答案为：BC；

(3)根据产物可知该过程中Cr2O72－被还原成Cr3+，二氧化硫做还原剂被氧化成硫酸根，根据电子守恒和元素守恒可得方程式为：3SO2+Cr2O72－+2H+ ＝2Cr3++3SO42-+H2O；故答案为：3SO2+Cr2O72－+2H+ ＝2Cr3++3SO42-+H2O；

(4)设铬元素完全转化为Cr(OH)3沉淀时溶液中的c(OH-)=amol/L，Ksp[Cr(OH)3]=c(Cr3+)·c3(OH-)=1×10-5×a3=1.0×10-32，解得a=1.0×10-9 amol/L，此时pH值为5，所以欲使废水中的铬元素完全转化为Cr(OH)3沉淀，应调节pH的范围为≥5，故答案为：≥5。