Question

11．汽车尾气中CO、NOx 以及燃煤废弃中的SO₂都是大气污染物，对它们的治理具有重要意义．吸收SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如图1（Ce为铈元素）：

（1）装置Ⅰ中，NaOH溶液吸收SO₂也可生成Na₂SO₃和NaHSO₃的混合溶液
①写出NaOH溶液吸收SO₂生成等物质的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液时总反应的离子方程式2SO₂+3OH^-=HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O
②已知混合液pH随n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）变化关系如表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

当混合液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1时，c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）（填“＞”“=”或“＜”）
（2）装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺氧化的产物主要是NO₃^-、NO₂^-，写出只生成NO₂^-的离子方程式NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺
（3）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如图所示．

①生成的Ce⁴⁺从电解槽的a（填字母序号）口流出；
②生成S2O₄^2-的电极反应式为2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^-的浓度为a g•L^-1，要使1m3该溶液中的NO2-完全转化为NO₃^-，至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂$\frac{5600a}{23}$ L．（用含a代数式表示）

Answer 1

分析 （1）①NaOH溶液吸收SO₂生成等物质的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液时，由原子守恒可知NaOH与二氧化硫的物质的量比为3：2；
②当混合液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1时，由表格中pH=7.2可知，溶液为碱性，结合电荷守恒分析；
（2）NO被氧化为硝酸根，Ce⁴⁺被还原为Ce³⁺，酸性环境，缺氧补水，缺氢补氢离子完成方程式；
（3）①生成Ce⁴⁺为氧化反应，发生在阳极上，连接电源正极，因此从a口流出；
②反应物是HSO₃^-被还原成S₂O₄^2-，得到电子；
（4）NO₂^-的浓度为a g•L^-1，要使1m³该溶液中的NO₂^-完全转化为NH₄NO₃，则失去电子数目是：1000×（5-3）a/46，设消耗标况下氧气的体积是V，则得电子数目是：V÷22.4×2×（2-0），根据电子守恒进行计算．

解答 解：（1）①NaOH溶液吸收SO₂生成等物质的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液时，由原子守恒可知NaOH与二氧化硫的物质的量比为3：2，离子反应为2SO₂+3OH^-=HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O，
故答案为：2SO₂+3OH^-=HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O；
②当混合液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1时，由表格中pH=7.2可知，溶液为碱性，c（OH^-）＞c（H⁺），由电荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），则（Na⁺）＞c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），故答案为：＞；
（2）NO被氧化为硝酸根，Ce⁴⁺被还原为Ce³⁺，酸性环境，缺氧补水，缺氢补氢离子，所以离子方程式为NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
故答案为：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（3）①生成Ce⁴⁺为氧化反应，发生在阳极上，连接电源正极，因此从a口流出，故答案为：a；
②反应物是HSO₃^-被还原成S₂O₄^2-，得到电子，电极反应式为2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案为：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）NO₂^-的浓度为a g•L^-1，要使1m³该溶液中的NO₂^-完全转化为NH₄NO₃，则失去电子为$\frac{1000a×（5-3）}{46}$
mol，设消耗标况下氧气的体积是V，则得电子为$\frac{V}{22.4}$mol×2×（2-0），根据电子守恒可知$\frac{1000a×（5-3）}{46}$=$\frac{V}{22.4}$mol×2×（2-0），解得V=$\frac{5600a}{23}$L，故答案为：$\frac{5600a}{23}$．

点评 本题考查较综合，涉及离子浓度比较、离子反应及电化学、氧化还原反应计算等，注重高频考点的考查，综合考查化学反应原理，把握习题中的信息守恒法应用为解答的关键，注意知识的迁移应用，题目难度中等．