Question

【题目】工业生产中产生的SO2、NO直接排放将对大气造成严重污染，利用电化学原理吸收SO2和NO，同时获得Na2S2O4和NH4NO3产品的工艺流程图如下（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 ．
（2）含硫各微粒（H2SO3、HSO3﹣和SO32﹣）存在于SO2与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数ω与溶液pH的关系如图1所示．
①下列说法正确的是（填标号）．
A．pH=7时，溶液中c（Na+）＜c（HSO3﹣）+c（SO32﹣）
B．由图中数据，可以估算出H2SO3的第二级电离平衡常数Ka2≈10﹣7
C．为获得尽可能纯的NaHSO3 ， 应将溶液的pH控制在4～5为宜
D．pH=9时的溶液中c（OH﹣）=c（H+）+c（HSO4﹣）+c（H2SO4）
②若1L1mol/L的NaOH溶液完全吸收13.44L（标况下）SO2 ， 则反应的离子方程式为 ．
③取装置Ⅰ中的吸收液vmL，用cmol/L的酸性高锰酸钾溶液滴定．酸性高锰酸钾溶液应装在（填“酸式”或“碱式”）滴定管中，判断滴定终点的方法是 ．
（3）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce4+ ， 其原理如图2所示． 图中A为电源的（填“正”或“负”）极．右侧反应室中发生的主要电极反应式为 ．
（4）已知进人装置Ⅳ的溶液中NO2﹣的浓度为0.4mol/L，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L．

Answer 1

【答案】
（1）NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2﹣+2H+
（2）ABC；3SO2+5OH﹣=2SO32﹣+HSO3﹣+2H2O；酸式；滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变
（3）正；滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变
（4）4480
【解析】解：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﹣=S2O42﹣+2H2O，装置Ⅳ中通入氨气、氧气，2NO2﹣+O2++2H++2NH3=2NH4++2NO3﹣ ， （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+ ， 所以答案是：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2﹣+2H+；（2）①A．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（SO32﹣）+c（OH﹣），故溶液中c（Na+）=c（HSO3﹣）+2c（SO32﹣），故A正确；
B．HSO3﹣SO32﹣+H+ ， 由图中数据，pH=7时，c（HSO3﹣ ）=c（SO32﹣ ），由Ka的表达式可知，H2SO3的第二级电离平衡常数K2≈c（H+）=10﹣7 ， 故B正确；
C．溶液的pH控制在4～5时，c（HSO3﹣ ）浓度最大，则为获得尽可能纯的NaHSO3 ， 可将溶液的pH控制在4～5左右，故C正确；
D．溶液存在质子守恒，应为c（OH﹣）=c （H+）+c（HSO3﹣）+2c（H2SO3），故D错误；
所以答案是：ABC；②1L1.0mol/L的NaOH溶液中含有氢氧化钠的物质的量为：1L×1.0mol/L=1.0mol，13.44L（标况下）SO2 ， n（SO2）= =0.6mol，
设反应生成亚硫酸钠的物质的量为x，消耗二氧化硫的物质的量为y

2NaOH+	SO2═	Na2SO3+H2O
2	1	1
1.0mol	y	x

= = 解得：x=0.5mol y=0.5mol根据上述计算可以知道，二氧化硫是过量的，剩余的二氧化硫的物质的量为：0.6mol﹣0.5mol=0.1mol
所以二氧化硫会和生成的亚硫酸钠继续反应，
设消耗亚硫酸钠的物质的量为a，生成亚硫酸氢钠的物质的量为b

Na2SO3+H2O+	SO2═	2NaHSO3
1	1	2
a	0.1mol	b

= = 解得：a=0.1mol b=0.2mol，
则溶液中n（SO32﹣）=0.5mol﹣0.1mol=0.4mol，n（HSO3﹣）=0.2mol，n（SO32﹣）：n（HSO3﹣）=2：1，则反应的离子方程式为3SO2+5OH﹣=2SO32﹣+HSO3﹣+2H2
所以答案是：3SO2+5OH﹣=2SO32﹣+HSO3﹣+2H2O；
③酸式滴定管只能盛放酸性溶液、碱式滴定管只能盛放碱性溶液，酸性高锰酸钾溶液呈酸性，则可以盛放在酸式滴定管中；原溶液无色，而KMnO4为紫红色，所以当溶液中的H2C2O4和KHC2O4反应完全时，滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变；
所以答案是：酸式；滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变；（3）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S2O42﹣ ， 得到电子，电极反应式为：2HSO3﹣+2H++2e﹣=S2O42﹣+2H2O，
所以答案是：正；2HSO3﹣+2H++2e﹣=S2O42﹣+2H2O；（4）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： ×4=1000×（5﹣3）×0.4mol，解得V=4480L，
所以答案是：4480．