Question

SO₂是主要大气污染物之一．工业上烟气脱硫的方法如下：

方法一	石灰-石膏法：用石灰浆吸收SO2转化为石膏
方法二	碱发：用NaOH溶液吸收SO2转化为Na2SO3

请回答下列问题：
（1）石灰-石膏法的流程如图：．
该法原料便宜，产物有利用价值．写出氧化室中发生反应的化学方程式

 

．

（2）碱法的流程如图：．该法吸收快，效率高．若在操作中持续通入含SO₂的烟气，则最终产物为

 

．操作过程中测得吸收塔内溶液pH=7，则溶液中含硫微粒的浓度由大到小的顺序为

 

．
（已知：H₂SO₃K_a1=1.3×10^-2，K_a2=6.2×10^-8）．
（3）工业上在石灰-石膏法和碱法的基础上，结合两种方法的优点，设计出新的脱硫方案如下（图1）：

其中物质Y的化学式为

 

，转化塔中反应的化学方程式是

 

．
（4）最近利用碱法得到产物X的溶液电解制硫酸的工艺己被某些工厂采用．其装置如图2所示（电极为惰性电极）．阴极的电极反应式是

 

，透过阴离子交换膜的离子主要为

 

．该装置使X转化为硫酸的转化率不会超过

 

．

Answer 1

考点：常见的生活环境的污染及治理

专题：元素及其化合物,化学应用

分析：（1）SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O，然后再将产物氧化，据此书写由SO₂等生成石膏的总化学方程式；
（2）向氢氧化钠溶液中持续通入含SO₂的烟气最终生成亚硫酸氢钠溶液，因为亚硫酸氢钠溶液成酸性，则操作过程中测得吸收塔内溶液pH=7，则溶液应该为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，据此分析含硫微粒的浓度由大到小的顺序；
（3）根据设计出新的脱硫方案图得出用氢氧化钠吸收二氧化硫生成亚硫酸钠，再用氢氧化钙将亚硫酸钠转化成亚硫酸钙，最后在用氧气氧化亚硫酸钙生成石膏，据此分析解答；
（4）根据装置图，得出阴极为HSO₃^-得到电子生成氢气和SO₃^2-的反应，阳极为氢氧根失电子生成氧气和水；所以透过阴离子交换膜的离子主要为SO₃^2-从阴极移向阳极，与阳极生成的氧气氧化成硫酸，据此分析；

解答： 解：（1）二氧化硫与Ca（OH）₂反应生成亚硫酸钙与H₂O，亚硫酸钙在水存在的条件下被氧气氧化生成CaSO₄?2H₂O，发生反应为：2CaSO₃+O₂+4H₂O═2（CaSO₄?2H₂O），
故答案为：2CaSO₃+O₂+4H₂O═2（CaSO₄?2H₂O）；
（2）向氢氧化钠溶液中持续通入含SO₂的烟气最终生成亚硫酸氢钠溶液，因为亚硫酸氢钠溶液成酸性，则操作过程中测得吸收塔内溶液pH=7，则溶液应该为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，因为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠按1：1混合，由于亚硫酸根的水解程度大于亚硫酸氢根的电离程度所以溶液仍然成碱性，要使pH=7，则亚硫酸氢钠的浓度要比亚硫酸钠大，所以含硫微粒的浓度由大到小的顺序为c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），故答案为：NaHSO₃；c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）；
（3）根据设计出新的脱硫方案图得出用氢氧化钠吸收二氧化硫生成亚硫酸钠，所以Y为NaOH，再用氢氧化钙将亚硫酸钠转化成亚硫酸钙，方程式为：Na₂SO₃+Ca（OH）₂═2CaSO₃↓+2NaOH，最后在用氧气氧化亚硫酸钙生成石膏；故答案为：NaOH；Na₂SO₃+Ca（OH）₂═2CaSO₃↓+2NaOH；
（4）根据装置图，得出阴极为HSO₃^-得到电子生成氢气和SO₃^2-的反应，反应式为：2HSO₃^-+2e-═2SO₃^2-+H₂↑，阳极为氢氧根失电子生成氧气和水，反应式为4OH^--4e-═2H₂O+O₂↑；所以透过阴离子交换膜的离子主要为SO₃^2-从阴极移向阳极，与阳极生成的氧气氧化成硫酸，根据得失电子守恒，则阴极生成4mol亚硫酸根离子时阳极生成1mol氧气，所以只能将2mol亚硫酸根氧化成硫酸根，所以该装置使X转化为硫酸的转化率不会超过

1mol

2mol

×100%=50%；
故答案为：2HSO₃^-+2e-═2SO₃^2-+H₂↑；SO₃^2-；50%；

点评：本题考查了制备石膏的流程，考查较为综合，题目具有一定难度，涉及盐类的水解、电解原理等问题，本题注意方程式的书写．