Question

14．随着我国工业化水平的不断发展，解决水、空气污染问题成为重要课题．
（1）工业尾气中含有大量的氮氧化物，NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．反应原理如图所示：
①由图可知SCR技术中的氧化剂为NO、NO₂
②用Fe做催化剂加热时，在氨气足量的情况下，当NO₂与NO的物质的量之比为1：1时，写出该反应的化学方程式2NH₃+NO+NO₂$\frac{\underline{\;Fe\;}}{△}$2N₂+3H₂O
（2）工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是处理铬污染的常用方法．该法用Fe做电极电解含Cr₂O₃^2-的酸性废水，电解时，在阴极上有大量气泡生成，并产生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀．
①反应中lmolCr₂O₇^2-完全生成Cr（OH）₃沉淀，外电路通过电子的物质的量为12 mol．
②常温下，Cr（OH）₃的溶度积K_sp=10^-32，当Cr³⁺浓度小于10^-5mol•L^-1，时可认为完全沉淀，电解完全后，测得溶液的pH=6，则该溶液过滤后能（填“能”或“否，’）直接排放．
（3）C10₂气体是一种常用的消毒剂，现在被广泛的用于饮用水进行消毒．自来水厂用ClO₂处理后的水中，要求C10₂的浓度在0.1-0.8mg•L^-1之间．碘量法可以检测水中C10₂的浓度，步骤如下：
I．取一定体积的水样用微量的氢氧化钠溶液调至中性，然后加人一定量的碘化钾，并加人淀粉溶液，溶液变蓝；
Ⅱ．加人一定量的Na₂S₂0₃溶液（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₅^2-+2I^-）；
Ⅲ．加硫酸调节水样pH至1.3．
已知：本题中C1O₂在中性条件下还原产物为ClO₂^-，在酸性条件下还原产物为C1^-．
请回答下列问题：
①确定操作Ⅱ完全反应的现象蓝色消失，半分钟内不变色
②在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O
③若水样的体积为1.0L，在操作II时消耗了1.0×10^-3mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，则水样中ClO₂的浓度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）①得电子，化合价降低的反应物是氧化剂；
②根据化合价升降总数相等、原子守恒来配平；
（2）①亚铁离子会和Cr₂O₇^2-的酸性废水反应，发生反应的离子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，结合电极方程式Fe-2e^-═Fe²⁺计算；
②根据溶度积计算；
（3）①加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-；
②由图示表明，pH至1～3时，ClO₂^-将I^-氧化生成的I₂与淀粉结合再次出现蓝色，根据化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒来配平；
③根据关系式ClO₂～I^-～S₂O₃^2-先计算出ClO₂的物质的量，然后再计算出浓度；

解答 解：（1）①由图甲可知SCR技术中NH₃与NO、NO₂反应产物为N₂和水，故氧化剂为NO、NO₂，故答案为：NO、NO₂；
②NH₃中氮的化合价由-3价升高到0价，一个NH₃失去3个电子，NO₂中氮的化合价由+4价降低到0价，一个NO₂得到4个电子，NO中氮的化合价由+2价降低到0价，一个NO得到2个电子，当NO₂与NO的物质的量之比为1：1时，转移电子的最小公倍数为6，结合质量守恒可知方程式为：2NH₃+NO+NO₂$\frac{\underline{\;Fe\;}}{△}$2N₂+3H₂O，
故答案为：2NH₃+NO+NO₂$\frac{\underline{\;Fe\;}}{△}$2N₂+3H₂O；
（2）①亚铁离子会和Cr₂O₇^2-的酸性废水反应，发生反应的离子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，阳极电极方程式Fe-2e^-═Fe²⁺，则
Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺～12mol电子，1mol Cr₂O₇^2-完全生成Cr（0H）₃沉淀，外电路通过电子的物质的量为12mol，
故答案为：12；
②溶液的pH=6，则c（OH^-）=10^-8mol•L^-1，则c³（OH^-）×c（Cr³⁺）=Ksp=10^-32，c（Cr³⁺）=10^-8mol•L^-1＜10^-5mol•L^-1，能直接排放，故答案为：能；
（3）①加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应为：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-，故蓝色会消失，故答案为：蓝色消失，半分钟内不变色；
②由图示表明，pH至1～3时，ClO₂^-将I^-氧化生成的I₂，ClO₂^-中氯的化合价由+3价降低到-1价，一个ClO₂^-得到4个电子，碘的化合价由-1价升高到0价，一个I^-失去1个电子，转移电子的最小公倍数为4，结合质量守恒、电荷守恒可知离子方程式为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
故答案为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
③ClO₂ ～I^-～S₂O₃^2-
   1          1
1.0×10^-5mol   1.0×10^-3 mol/L×0.01L
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg
由于水样的体积为1.0L，所以 ClO₂ 的浓度为$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1，故答案为：0.675．

点评 本题主要考查了氧化还原反应、离子方程式式的书写以及化学计算，难度中等，注意掌握实验原理和电子得失配平的方法．