Question

7．SO₂、NO是大气污染物．吸收SO₂ 和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下（Ce为铈元素）：

（1）装置Ⅰ中生成HSO₃^-的离子方程式为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1所示．

①下列说法正确的是ac   （填字母序号）．
a．pH=8时，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-）
b．pH=7时，溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）
c．为获得尽可能纯的NaHSO₃，可将溶液的pH控制在4～5左右
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）装置Ⅱ中酸性条件下NO被Ce⁴⁺氧化的产物主要是NO₃^-、NO₂^-，写出生成NO₃^-时的离子方程式NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．
（4）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，同时获得副产品Na₂S₂O₄，其原理如图2所示．
①阴极的电极反应式为2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O．
②生成Ce⁴⁺从电解槽的a（填字母序号）口流出．
（5）从氧化池Ⅳ中得到的粗产品NH₄NO₃的实验操作是蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤等．标况下，若V L尾气（设气体体积分数：NO为a%、SO₂为b%、CO₂为c%）经上述流程变化后最终获得m g NH₄NO₃，则尾气中NO的利用率为$\frac{28m}{aV}$%．

Answer 1

分析 吸收SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程分析可知，混合气体通入氢氧化钠溶液中吸收二氧化硫，剩余一氧化氮装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺氧化的产物主要是NO₃^-、NO₂^-，进入装置Ⅲ电解再生Ce⁴⁺循环使用，最后剩余的NO₃^-、NO₂^-通入氨气和氧气反应得到硝酸铵，
（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；氮元素守恒计算；
（5）溶液中得到溶质固体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥等，标况下，若V L尾气（设气体体积分数：NO为a%、SO₂为b%、CO₂为c%）经上述流程变化后最终获得m g NH₄NO₃，其中铵根来源于通入的氨气，硝酸根离子中的氮元素来源于混合气体中的一氧化氮，结合元素守恒计算得到．

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^-，故答案为：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
（2）①a、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⁺），c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-），故a正确；
b．pH=7时，溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），溶液中存在电荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），故b错误；
c．图象可知，为获得尽可能纯的NaHSO₃，可将溶液的pH控制在4～5左右．故c正确；
故答案为：ac；
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+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
故答案为：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（4）①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，阳极电极反应为：Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺，
故答案为：2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O；
②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；
（5）在氧化池Ⅵ中得到NH₄NO₃溶液，从NH₄NO₃溶液中得到硝酸铵可以通过蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤等操作获得，标况下，若V L尾气（设气体体积分数：NO为a%、SO₂为b%、CO₂为c%）经上述流程变化后最终获得m g NH₄NO₃，尾气中NO最后变化为硝酸根离子，则尾气中NO的利用率=$\frac{\frac{mg}{80g/mol}}{\frac{Va%L}{22.4L/mol}}$×100%=$\frac{28m}{aV}$%，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；$\frac{28m}{aV}$%．

点评 本题综合考查学生含氮元素、含硫元素物质的性质知识，注意知识的梳理和归纳是关键，题目难度中等．