Question

15．利用工业尾气SO₂和NO可获得Na₂S₂O₄（连二亚硫酸钠）和NH₄NO₃，其工艺流程图如下（Ce为铈元素）：

已知：（Ⅰ）装置Ⅱ中主要反应的化学方程式为：
①2NO+2Ce（SO₄）₂+2H₂O═Ce₂（SO₄）₃+2HNO₂+H₂DO₄
②2NO+6Ce（SO₄）₂+4H₂O═3Ce₂（SO₄）₃+2HNO₃+3H₂SO₄
（Ⅱ）装置Ⅲ中主要反应的化学方程式为：
H₂SO₄+Ce₂（SO₄）₃+2NaHSO₃$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Ce（SO₄）₂+Na₂S₂O₄+2H₂O
（1）写出装置I中反应的化学方程式：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
（2）用双线桥法表示装置Ⅱ中反应②的电子转移情况：．
（3）根据已知信息和流程图可知可以循环使用的物质是Ce⁴⁺，该流程不但可以变废为宝，还可以减缓的环境问题是减少酸雨的形成（写一种）．
（4）装置Ⅲ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1．
（5）每生产16tHN₄NO₃产品，至少需要标准状况下4.48×10⁶LNH₃．

Answer 1

分析 （1）NO与氢氧化钠溶液不反应，SO₂是酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠和水；
（2）在②2NO+6Ce（SO₄）₂+4H₂O═3Ce₂（SO₄）₃+2HNO₃+3H₂SO₄中，N元素由+2升高到+5价，Ce元素由+4降低到+3价；（3）由流程图可知，装置Ⅱ加入Ce⁴⁺，装置Ⅲ产生Ce⁴⁺；根据SO₂对大气的危害分析回答；
（4）该反应中，Ce₂（SO₄）₃→Ce（SO₄）₂，Ce元素由+升高到+4价，Ce₂（SO₄）₃是还原剂，NaHSO₃→Na₂S₂O₄，S元素由+4降低为+3，NaHSO₃是氧化剂；
（5）根据NH₃+HNO₃=NH₄NO₃结合n=$\frac{m}{M}$、V=n•V_m计算．

解答 解：（1）NO与氢氧化钠溶液不反应，SO₂是酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠和水，化学方程式为SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O，
故答案为：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（2）在②2NO+6Ce（SO₄）₂+4H₂O═3Ce₂（SO₄）₃+2HNO₃+3H₂SO₄中，N元素由+2升高到+5价，Ce元素由+4降低到+3价，用双线桥表示转移电子情况为，
故答案为：；
（3）由流程图可知，装置Ⅱ加入Ce⁴⁺，装置Ⅲ产生Ce⁴⁺，可以循环使用；NO有毒，可对大气造成污染，而SO₂对大气造成污染，可导致酸雨的形成，
故答案为：Ce⁴⁺；减少酸雨的形成；
（4）该反应中，Ce₂（SO₄）₃→Ce（SO₄）₂，Ce元素由+升高到+4价，Ce₂（SO₄）₃是还原剂，NaHSO₃→Na₂S₂O₄，S元素由+4降低为+3，NaHSO₃是氧化剂，因此氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1；
（5）每生产16tHN₄NO₃产品，至少需要氨气的质量为xt，则

NH₃+HNO₃=NH₄NO₃
17        80
xt        16t
$\frac{17}{80}=\frac{x}{16}$，解得x=3.4，
氨气的物质的量n=$\frac{3.4×1{0}^{6}g}{17g/mol}$=2×10⁵mol，标准状况下V=n•V_m=2×10⁵mol×22.4L/mol=4.48×10⁶L，
故答案为：4.48×10⁶．

点评 本题考查了无机化工生产流程图，为高频考点，涉及氧化还原反应、计算、电化学等知识，综合性强，侧重分析、计算能力的考查，题目难度中等．