Question

2．雾霾含有大量的污染物SO₂、NO．工业上变废为宝利用工业尾气获得NH₄NO₃产品的流程图如下：（Ce为铈元素）

（1）上述流程中循环使用的物质有Ce⁴⁺、CO₂．
（2）上述合成路线中用到15%～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂），其水溶液具有弱碱性，显碱性的原因：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-，写出乙醇胺吸收CO₂的化学方程式HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂=HOCH₂CH₂NH₄HCO₃．
（3）写出吸收池Ⅲ中，酸性条件下NO转化为NO₂^-的离子方程式为NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺．
（4）向吸收池Ⅳ得到的HSO₃^-溶液中滴加少量CaCl₂溶液，出现浑浊，pH降低，用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．
（5）电解池Ⅴ可使Ce⁴⁺再生，装置如图所示：

生成Ce⁴⁺从a口（填字母）流出，写出阴极的电极反应式2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O：
（6）从氧化池Ⅵ中得到粗产品NH₄NO₃的实验操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等．上述流程中每一步均恰好完全反应，若制得NH₄NO₃质量为xkg，电解池V制得cmol/L的S₂O₃^2-溶液ym³，则氧化池Ⅵ中消耗的O₂在标准状况下的体积为22.4ycm³．

Answer 1

分析 由流程可知，吸收池I中发生SO₂+OH^-=HSO₃^-、CO₂+OH^-=HCO₃^-，NO不反应，吸收池Ⅲ中，酸性条件下NO转化为NO₂^-，发生NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，吸收池Ⅳ中NaHSO₃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，电解池Ⅴ可使Ce⁴⁺再生，Ce失去电子在阳极得到，阴极上发生2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O，氧化池Ⅵ中得到粗产品NH₄NO₃，NO₂^-完全转化为NH₄NO₃，电解池V中S得到电子，氧化池Ⅵ中氧得到电子，结合电子守恒计算．

解答 解：由流程可知，吸收池I中发生SO₂+OH^-=HSO₃^-、CO₂+OH^-=HCO₃^-，NO不反应，吸收池Ⅲ中，酸性条件下NO转化为NO₂^-，发生NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，吸收池Ⅳ中NaHSO₃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，电解池Ⅴ可使Ce⁴⁺再生，Ce失去电子在阳极得到，阴极上发生2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O，氧化池Ⅵ中得到粗产品NH₄NO₃，
（1）由上述分析可知，可循环利用，且流程中CO₂回收应用，故答案为：Ce⁴⁺、CO₂；
（2）乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂），其水溶液具有弱碱性，显碱性的原因：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-，乙醇胺吸收CO₂的化学方程式为HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂=HOCH₂CH₂NH₄HCO₃，
故答案为：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂=HOCH₂CH₂NH₄HCO₃；
（3）吸收池Ⅲ中，酸性条件下NO转化为NO₂^-的离子方程式为NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，故答案为：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（4）NaHSO₃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；
（5）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，电解池的阴极发生得电子的还原反应，电极反应式为2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O，
故答案为：a；2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O；
（6）从氧化池Ⅵ中得到粗产品NH₄NO₃的实验操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等．上述流程中每一步均恰好完全反应，若制得NH₄NO₃质量为xkg，电解池V制得cmol/L的S₂O₃^2-溶液ym³，由电子守恒可知，则氧化池Ⅵ中消耗的O₂在标准状况下的体积为$\frac{y×1{0}^{3}×cmol×2×（4-2）}{2×（2-0）}$mol×22.4L/mol×10^-3m³/L=22.4ycm³，
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；22.4yc．

点评 本题考查混合物分离提纯，为高频考点，把握流程中的反应及混合物分离方法选择为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度较大．