Question

19．雾霾含有大量的污染物SO₂、NO．工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如图1（Ce为铈元素）：

（1）装置Ⅰ中的主要离子方程式为SO₂+OH^-=HSO₃^-．
（2）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-）存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X（i）与溶液pH 的关系如图2所示．

①若是0.1molNaOH反应后的溶液，测得溶液的pH=8时，溶液中各离子浓度由大到小的顺序是c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学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．
（3）写出装置Ⅱ中，酸性条件下的离子方程式NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．
（4）装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如图3所示．
①生成Ce⁴⁺从电解槽的a（填字母序号）口流出．
②写出与阴极的反应式2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O．
（5）用铂电极A、B电解CuSO₄溶液，先在A上收集到5.6L气体，然后反接电源，又在B极上收集到5.6L气体．整个过程中电路通过的电子为2mol．（气体体积均为标准状况下的体积）

Answer 1

分析 SO₂、NO是大气污染物，通过氢氧化钠溶液吸收得到亚硫酸氢钠，一氧化氮不反应，通过装置Ⅱ加入Ce⁴⁺氧化还原反应得到Ce³⁺、NO₂^-、NO₃^-等，和亚硫酸氢钠混合，在电解池中通电电解得到Ce⁴⁺循环使用，获得Na₂S₂O₄，NO₂^-、NO₃^-等加入氨气和氧气在装置Ⅳ中发生反应得到NH₄NO₃产品，
（1）二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱之间发生反应；
（2）①当溶液的pH=8时，根据图示得到溶液是亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，根据离子浓度大小比较的方法来回答；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的电离大于水解，溶液显示酸性，根据平衡移动原理来回答；
（3）在酸性环境下，NO和Ce⁴⁺之间会发生氧化还原反应；
（4）在电解池中，阳极上发失去电子的氧化反应，阴极上发生得电子的还原反应；
（5）电解CuSO₄溶液，先在A上收集到5.6L即0.25mol气体，即为氧气，发生反应：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；A是阳极，B极上发生反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，该电极析出金属铜，B是阴极，根据电子守恒计算生成金属铜的物质的量，然后电极反接，在B极上收集到5.6L气体即为氧气，此时B是阳极，先是金属铜失电子，然后是4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，根据电子守恒计算即可．

解答 解：（1）二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱氢氧化钠之间发生反应：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氢氧化钠之间不会反应，故答案为：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
（2）①当溶液的pH=8时，根据图示得到溶液是亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，离子浓度大小顺序是：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②NaHSO₃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；
（3）在酸性环境下，NO和Ce⁴⁺之间会发生氧化还原反应：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，故答案为：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（4）①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，故答案为：a；
②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：2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O；
（5）电解CuSO₄溶液，先在A上收集到5.6L即0.25mol气体，即为氧气，发生反应：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；此时转移电子1mol，A是阳极，B极上发生反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，该电极析出金属铜，B是阴极，根据电子守恒，转移1mol电子，生成金属铜的物质的量是0.5mol，然后电极反接，在B极上收集到5.6L气体即为氧气，此时B是阳极，先是金属铜失电子，发生反应：Cu-2e^-=Cu²⁺，转移电子1mol，然后是4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，收集到5.6L0.25mol气体转移电子1mol，所以转移电子是2mol，
故答案为：2．

点评 本题考查了电解原理、二氧化硫的污染及治理、化学平衡及其影响、氧化还原反应等知识，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析能力及灵活应用基础知识的能力，注意掌握电解原理、化学平衡移动原理及其应用，能够正确书写电极反应式、离子方程式．