Question

3．工业生产中产生的废气、废液、废渣直接排放会造成污染，很多都经过吸收转化为化工产品．
I．利用电化学原理吸收工业生产中产生的SO₂、NO，同时获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的工艺
流程图如图1（Ce为铈元素）．

请回答下列问题：
（1）装置Ⅱ中NO在酸性条件下生成NO₂^-的离子方程式：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺．
（2）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如图2所示：右侧反应室中发生的主要电极反应式为2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O．
（3）已知进入装置Ⅳ的溶液中NO₂^-的浓度为0.4mol•L^-1，要使1m³该溶液中的NO₂^-完全转化为 NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂的体积为4480 L．

Answer 1

分析 装置Ⅰ中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，装置Ⅱ中NO在酸性条件下，NO和Ce⁴⁺之间会发生氧化还原反应：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，装置Ⅲ中，在电解槽的阳极2Ce³⁺-2e^-=2Ce⁴⁺，阴极电极反应式为：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，装置Ⅳ中通入氨气、氧气，2NO₂^-+O₂+2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-．
（1）在酸性环境下，NO和Ce⁴⁺之间会发生氧化还原反应；
（2）生成Ce⁴⁺为氧化反应，发生在阳极上，反应物是HSO₃^-被还原成S₂O₄^2-，得到电子；
（3）NO₂^-的浓度为0.4mol/L，要使1m³该溶液中的NO₂^-完全转化为NH₄NO₃，设消耗标况下氧气的体积是V，结合电子守恒进行计算．

解答 解：（1）装置Ⅱ中NO在酸性条件下NO和Ce⁴⁺之间会发生氧化还原反应：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
故答案为：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（2）生成Ce⁴⁺为氧化反应，发生在阳极上，因此再生时生成的Ce⁴⁺在电解槽的阳极，连接电源正极，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；
（3）NO₂^-的浓度为0.4mol/L，要使1m³该溶液中的NO₂^-完全转化为NH₄NO₃，则失去电子数为：1000×（5-3）×0.4mol，设消耗标况下氧气的体积是V，根据电子守恒：$\frac{VL}{22.4L/mol}$×4=1000×（5-3）×0.4mol，解得V=4480L，
故答案为：4480．

点评 本题考查电工业生产中化学原理吸收SO₂和NO的工艺，为高频考点，侧重分析、计算能力的考查，题目涉及氧化还原反应、电化学等，综合性强，题目难度中等．