Question

9．低浓度SO₂废气的处理是工业难题，工业上常利用废碱渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸厂尾气中的SO₂制备无水Na₂SO₃的成本低，优势明显，其流程如图．

（1）为了使SO₂尽可能吸收完全，在不改变吸收塔体积的条件下，可以采取的合理措施控制SO₂流速、增大Na₂CO₃溶液的浓度．（写出两条）
（2）中和器中发生的主要反应的离子方程式是HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O．
（3）图1为吸收塔中Na₂CO₃溶液与SO₂反应过程中溶液组成变化．

①则初期反应（图中A点以前）的化学方程式是2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃．
②通过电解法可分离图中B点NaHSO₃与Na₂SO₃混合物，实现Na₂SO₃的循环利用，示意图如图2：简述分离NaHSO₃与Na₂SO₃混合物的原理阳极4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，c（H⁺）增大，H⁺由a室经阳离子交换膜进入b室，H⁺与SO₃^2-结合生成HSO₃^-，Na₂SO₃转化为NaHSO₃；阴极2H⁺-2e^-=H₂↑，导致HSO₃^-H⁺+SO₃^2-正向移动，Na⁺从b室进入c室，NaHSO₃转化为Na₂SO₃．
（4）图3是亚硫酸钠的溶解度曲线（温度在33℃前后对应不同物质），下列说法正确的是B
A．a点时溶液为不饱和溶液
B．b点时Na₂SO₃•7H₂O和无水Na₂SO₃共存
C．制备无水Na₂SO₃，应该在95～100℃加热浓缩，冷却至室温结晶
（5）如果用含等物质的量溶质的下列各溶液分别吸收SO₂，则理论吸收量最多的是C
A．Na₂SO₃       B．Na₂S      C．Ba（NO₃）₂        D．酸性KMnO₄．

Answer 1

分析 利用工业废碱渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸厂尾气中的SO₂制备无水Na₂SO₃，吸收塔中发生的反应为2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，为了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，从而提高结晶产率，中和器中加入的NaOH是过量的，加入氢氧化钠进入中和器得到溶液结晶进入离心机干燥得到晶体，滤液重新进入吸收塔循环使用，
（1）为了使SO₂尽可能吸收完全，在不改变吸收塔体积的条件下，可以采取的合理措施有控制SO₂流速、增大Na₂CO₃溶液的浓度、适当升温、采用气液逆流法、喷淋法或将Na₂CO₃溶液雾化等；
（2）随着二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亚硫酸氢钠，中和器中主要是将亚硫酸氢钠转化为硫酸钠，同时碳酸氢钠反应得到碳酸钠；
（3）①由图可知，初期反应（图中A点以前）碳酸钠与二氧化硫反应生成碳酸氢钠与亚硫酸钠；
②电解法可分离NaHSO₃与Na₂SO₃混合物，阳极发生氧化反应，失去电子生成氧气，氢离子和亚硫酸根离子反应生成亚硫酸氢根离子，阴极发生还原反应生成氢气，导致HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-正向移动，NaHSO₃转化为Na₂SO₃；
（4）分析曲线，处于曲线上的点为饱和溶液状态，根据不同温度所得晶体不同分析；
（5）依据选项中的溶液性质和二氧化硫反应的过程和化学方程式定量关系分析计算．

解答 解：（1）为了使SO₂尽可能吸收完全，在不改变吸收塔体积的条件下，可以采取的合理措施有：控制SO₂流速、增大Na₂CO₃溶液的浓度、适当升温、采用气液逆流法、喷淋法或将Na₂CO₃溶液雾化等；
故答案为：控制SO₂流速、增大Na₂CO₃溶液的浓度（适当升温、采用气液逆流法、喷淋法或将Na₂CO₃溶液雾化等）；
（2）随着二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亚硫酸氢钠，中和器中主要是将亚硫酸氢钠转化为硫酸钠，同时碳酸氢钠反应得到碳酸钠，发生的离子方程式为：HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O；
故答案为：HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O；
（3）①由图可知，初期反应（图中A点以前）碳酸钠与二氧化硫反应生成碳酸氢钠与亚硫酸钠，反应反应方程式为：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2 NaHCO₃+Na₂SO₃；
故答案为：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2 NaHCO₃+Na₂SO₃；
②通过电解法可分离NaHSO₃与Na₂SO₃混合物，阳极2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，c（H⁺）增大，H⁺由a室经阳离子交换膜进入b室，H⁺与SO₃^2-结合生成HSO₃^-，Na₂SO₃转化为NaHSO₃．阴极2H⁺-2e^-=H₂↑，导致HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-正向移动，Na⁺从b室进入c室，NaHSO₃转化为Na₂SO₃，实现Na₂SO₃的循环利用；
故答案为：阳极4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，c（H⁺）增大，H⁺由a室经阳离子交换膜进入b室，H⁺与SO₃^2-结合生成HSO₃^-，Na₂SO₃转化为NaHSO₃；阴极2H⁺-2e^-=H₂↑，导致HSO₃^- H⁺+SO₃^2-正向移动，Na⁺从b室进入c室，NaHSO₃转化为Na₂SO₃；
（4）A．处于曲线上的点为饱和溶液状态，A点在曲线上方，应为过饱和溶液，故A错误；
B．B点为生成晶体的转折点，两种晶体可以共存，故B正确；
C．由于冷却至33℃以下时析出Na₂SO₃•7H₂O，应在维持95～100℃蒸发浓缩至有大量晶体析出，再利用余热蒸干，故C错误；
故答案为：B；
（5）如果用含等物质的量溶质的下列各溶液分别来吸收SO₂，
A．Na₂SO₃ 吸收二氧化硫发生的反应为：Na₂SO₃+SO₂+H₂O=2NaHSO₃，1molNa₂SO₃ 最多吸收二氧化硫1mol；
B．Na₂S 吸收二氧化硫发生的反应为：2Na₂S+5SO₂+2H₂O=4NaHSO₃+3S↓，1mol2Na₂S最多反应二氧化硫2.5mol；
C．Ba（NO₃）₂  吸收二氧化硫反应化学方程式为Ba（NO₃）₂+3SO₂+2H₂O=BaSO₄↓+2H₂SO₄+2NO↑：1molBa（NO₃）₂最多吸收二氧化硫3mol；
D．酸性KMnO₄溶液吸收二氧化硫的反应2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，1molKMnO₄最多反应二氧化硫2.5mol；
吸收量最多的是Ba（NO₃）₂；
故答案为：C．

点评 本题以物质制备为载体，考查学生对原理的分析理解、物质的分离提纯、氧化还原反应、信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础．