Question

5．燃煤烟气脱硫有很多方法
方法I：先用氨水将SO₂转化为NH₄HSO₃，再通入空气氧化成（NH₄）₂SO₄．
方法II：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再经电解转化为H₂SO₄．
据此回答以下问题：
（1）方法I中发生氧化还原反应的离子方程式2HSO₃^-+O₂═2SO₄^2-+2H⁺．能提高方法I燃煤烟气SO₂中去除率的措施有A、D（填字母）．
A．增大氨水浓度                       B．增大燃煤烟气的流速
C．事先去除燃煤烟气中的二氧化碳       D．增大压强
（2）采用方法II脱硫，燃煤烟气中的二氧化碳能否与生成的NaHSO₃溶液反应不能，亚硫酸的酸性大于碳酸（说明理由）．已知H₂SO₃为的电离平衡常数为K₁=1.54×10^-2，K₂=1.02×10^-7．则NaHSO₃溶液中含S元素粒子浓度由大到小的顺序为c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．通过右图所示电解装置可将生成的NaHSO₃转化为硫酸，电极材料皆为石墨．则A为电解池的阴极（填“阴极”或“阳极”）．C为较浓的硫酸溶液（填物质名称）．若将阴离子交换膜换成阳子交换膜，写出阳极区域发生的电极反应2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）方法I为：先用氨水将SO₂转化为NH₄HSO₃，再通入空气氧化成（NH₄）₂SO₄，发生氧化还原反应的一步是入空气将NH₄HSO₃氧化成（NH₄）₂SO₄，据此写出反应的离子方程式，结合可逆反应的影响化学平衡的条件，以及改变转化率的方法，据此分析；
（2）采用方法II脱硫，方法II为：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再经电解转化为H₂SO₄，考虑H₂SO₃和H₂CO₃的酸性强弱，反应应又强酸制取弱酸，根据H₂SO₃的电离平衡常数分析比较粒子浓度大小，A电极产生H₂，注意到A处NaHSO₃变成了Na₂SO₃，则可判断H₂由H⁺得到电子而来，电解池中阴极反应为物质得到电子，发生还原反应，根据电极反应分析C处的溶液性质，电解池阳极发生的反应为物质失去电子，发生氧化反应，据此写出阳极的电极反应．

解答 解：（1）方法I为：先用氨水将SO₂转化为NH₄HSO₃，再通入空气氧化成（NH₄）₂SO₄，发生氧化还原反应的一步是入空气将NH₄HSO₃氧化成（NH₄）₂SO₄，则方法I中发生氧化还原反应的离子方程式为：2HSO₃^-+O₂=2SO₄^2-+2H⁺，
方法I中涉及到的反应有：SO₂+NH₃•H₂O═NH₄HSO₃，这一步就是除去SO₂的步骤，
A．增大氨水浓度，可使SO₂的吸收率增大，反应转化的更彻底，可以有效提高SO₂中去除率，故A选；
B．增大燃煤烟气的流速，去除反应是靠溶液吸收，增大燃煤烟气的流速会使溶液吸收率降低，不能很有效的去除SO₂，应该减缓燃煤烟气的流速，故B不选；
C．用氨水溶液吸收，氨水溶液可以吸收CO₂，不必要事先去除燃煤烟气中的二氧化碳，故C不选；
D．从可逆反应角度考虑，反应SO₂+NH₃•H₂O═NH₄HSO₃为气体数减少的反应，随着反应进行，体系压强降低，增大压强有利于反应向正反应方向进行，可以提高燃煤烟气SO₂中去除率，故D选，故选AD，
故答案为：2HSO₃^-+O₂=2SO₄^2-+2H⁺；A、D；
（2）采用方法II脱硫，方法II为：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再经电解转化为H₂SO₄，考虑H₂SO₃和H₂CO₃的酸性强弱为H₂SO₃＞H₂CO₃，则燃煤烟气中的二氧化碳能否与生成的NaHSO₃溶液不能反应生成H₂SO₃，理由为：亚硫酸的酸性大于碳酸，
NaHSO₃溶液中含S元素粒子有：HSO₃^-，SO₃^2-，H₂SO₃，根据H₂SO₃的电离平衡常数：K₁=1.54×10^-2，K₂=1.02×10^-7，对于NaHSO₃溶液，SO₃^2-由反应：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-而来，该反应的平衡常数为K₂=1.02×10^-7，H₂SO₃由反应：HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-而来，该反应的平衡常数为K_b=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{1}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1.54×1{0}^{-2}}$=6.58×10^-13，通过平衡常数比较反应趋势，无论是HSO₃^-水解还是电离，趋势都比较小，所以含S粒子中，HSO₃^-的离子浓度最大，由K₂＞＞K_b，则HSO3-的电离趋势比较大，则平衡时SO₃^2-的浓度大于H₂SO₃，综上，NaHSO₃溶液中含S元素粒子浓度由大到小的顺序为：c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），
根据电解装置图分析，A电极产生H₂，注意到A处NaHSO₃变成了Na₂SO₃，则可判断H₂由H⁺得到电子而来，电解池中阴极反应为物质得到电子，发生还原反应，则A为电解池的阴极，
B处阳极，电解池阳极的反应为物质失去电子，发生氧化反应，也产生气体，则阳极的电子反应为：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，考虑到电解池中，阴离子向阳极移动，且装置中存在阴离子交换膜，则阴极的HSO₃^-，SO₃^2-可以通过阴离子交换膜到达阳极经过反应生成SO₄^2-，无疑随着电解反应的进行，阳极的硫酸浓度会增大，则C处会排出较浓的硫酸，所以C为：较浓的硫酸，
若将阴离子交换膜换成阳子交换膜，阳极发生的反应为：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，考虑到电解池中阳离子向阴极移动，所以阳极产生的H⁺会通过阳离子交换膜向阴极移动，考虑到阳极是硫酸，电解反应写成OH^-放电是不恰当的，应为2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，
故答案为：不能，亚硫酸的酸性大于碳酸；c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）；阴极；较浓的硫酸溶液；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．

点评 本题考查电解原理，涉及到氧化还原反应方程式的书写和配平，可逆反应的知识迁移，弱电解质的电离平衡，粒子浓度大小的比较，电极反应式的书写，根据溶液的介质写恰当的电极反应式，知识点均为重点和高频考点，题目难度中等．