Question

15．雾霾含有大量的污染物SO₂、NO．工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如图1（Ce为铈元素）：

（1）装置Ⅰ中的主要离子方程式为SO₂+OH^-=HSO₃^-．流程中可以循环使用的物质是Ce⁴⁺
（2）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-）存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X（i）与溶液pH 的关系如图2所示．                   
①若是0.1molNaOH反应后的溶液，测得溶液的pH=8时，溶液中各离子浓度由大到小的顺序是c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：HSO₃^-在溶液中存在电离平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使电离平衡右移，c（H⁺）增大．
（3）写出装置Ⅱ中，酸性条件下反应的离子方程式NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，．（写一个）
（4）装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如图3所示．
①生成Ce⁴⁺从电解槽的a（填字母序号）口流出．
②写出阴极的反应式2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱之间发生反应；根据流程图判断可以循环利用的物质；
（2）①当溶液的pH=8时，根据图示得到溶液是亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，根据离子浓度大小比较的方法来回答；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的电离大于水解，溶液显示酸性，根据平衡移动原理来回答；
（3）在酸性环境下，NO和Ce⁴⁺之间会发生氧化还原反应；
（4）在电解池中，阳极上发失去电子的氧化反应，阴极上发生得电子的还原反应．

解答 解：（1）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；根据流程图中装置Ⅲ可知，Ce⁴⁺可以循环利用，
故答案为：SO₂+OH^-=HSO₃^-；Ce⁴⁺；
（2）①当溶液的pH=8时，根据图示得到溶液是亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，离子浓度大小顺序是：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的电离大于水解，HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，溶液显示酸性，加入CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使电离平衡右移，
故答案为：HSO₃^-在溶液中存在电离平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使电离平衡右移，c（H⁺）增大；
（3）在酸性环境下，NO和Ce⁴⁺之间会发生氧化还原反应：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
故答案为：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（4）①在电解池中，阳极上是Ce³⁺失电子成为Ce⁴⁺的过程，所以生成Ce⁴⁺从电解槽的阳极上极a极流出，
故答案为：a；
②电解池的阴极发生得电子的还原反应，电极反应式为：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案为：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O．

点评 本题考查了电解原理、二氧化硫的污染及治理、化学平衡及其影响等知识，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析能力及灵活应用基础知识的能力，注意掌握电解原理、化学平衡移动原理及其应用，能够正确书写电极反应式、离子方程式．