Question

9．Ⅰ．硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用，
但硫的氧化物直接排放到大气中会造成污染．
（1）一种以铜作催化剂脱硫的工艺有如下两个过程：
①在铜的作用下完成工业尾气中SO₂的部分催化氧化，所发生反应为：
2SO₂+2nCu+（n+1）O₂+（2-2n）H₂O═2nCuSO₄+（2-2n）H₂SO₄
该反应中的还原剂为Cu和SO₂；每吸收标准状况下11.2LSO₂，被SO₂还原的O₂的质量为8g．
②利用如图所示电化学装置吸收另一部分SO₂，并完成Cu的再生．写出装置内所发生反应的离子方程式：SO₂+2H₂O+Cu²⁺$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4H⁺+SO₄^2-+Cu

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行．
Ⅱ．汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一．已知氮的氧化物是汽车尾气的污染物，用如图装置可监测其含量，电池中每转移0.4mol e^-，Pt电极消耗2.24L氧气（标况下）；该装置负极反应式为NO-2e^-+O^2-=NO₂．

Answer 1

分析 I．（1）①2SO₂+2nCu+（n+1）O₂+（2-2n）H₂O═2nCuSO₄+（2-2n）H₂SO₄中，Cu、S元素的化合价升高，结合电子守恒计算；
②利用电解原理将二氧化硫转化成硫酸吸收，先写出两个电极上上发生的电极反应式，加和就可得到总的离子方程式；
（2）①反应器中二氧化硫、碘发生氧化还原反应生成硫酸和HI；
②HI分解反应为可逆反应；
Ⅱ．由离子的定向移动可知NiO极为原电池的负极，Pt极为原电池的正极，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，以此解答该题．

解答 解：Ⅰ．（1）①2SO₂+2nCu+（n+1）O₂+（2-2n）H₂O═2nCuSO₄+（2-2n）H₂SO₄中，Cu、S元素的化合价升高，则Cu和SO₂为还原剂，每吸收标准状况下11.2LSO₂，其物质的量为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，由电子守恒可知，被SO₂还原的O₂的质量为$\frac{0.5mol×（6-4）}{2×（2-0）}$×32g/mol=8g，故答案为：Cu和SO₂；8；
②分析图中电解装置，可知左边石墨是电解池的阳极，右边是阴极；阳极放电的物质二氧化硫，失去电子生成硫酸根离子，电极反应式：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；阴极放电的物质时铜离子，得到电子被还原成单质铜，电极反应式：Cu²⁺+2e^-=Cu；将上述两电极的电极反应式得总电池反应为SO₂+2H₂O+Cu²⁺$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4H⁺+SO₄^2-+Cu，
故答案为：SO₂+2H₂O+Cu²⁺$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4H⁺+SO₄^2-+Cu；
（2）①反应器中二氧化硫、碘发生氧化还原反应生成硫酸和HI，离子反应为SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案为：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解反应为可逆反应，则使用膜反应器分离出H₂的目的是及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行，故答案为：HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行；
Ⅱ．由离子的定向移动可知NiO极为原电池的负极，负极反应为NO-2e^-+O^2-=NO₂，pt电极上电极反应为O₂+4e^-=2O^2-，则电池中每转移0.4mol e^-，Pt电极消耗氧气为0.1mol×22.4L/mol=2.24L，故答案为：2.24；NO-2e^-+O^2-=NO₂．

点评 本题考查氧化还原反应及电化学知识，为高考常见题型和高频考点，注意把握原电池的工作原理，本题解答的关键是离子的定向移动，以此可确定电源的两极和反应类型，注意体会答题思路，题目难度中等．