Question

6．利用废碱渣（主要成分是Na₂CO₃）处理硫酸厂尾气中的SO₂可制得无水Na₂SO₃（成品），其流程如图1：

（1）若欲利用废碱渣充分吸收SO₂，则“吸收塔”内发生的主要反应的离子方程式为CO₃^2-+2SO₂+H₂O═CO₂+2HSO₃^-．
（2）处理过程中，要通过检验“吸收塔”排放出的尾气是否含有SO₂来确定其是否达标．实验室中欲模拟检验尾气中的SO₂，可以选用的试剂有bd；
a．澄清石灰水   b．硝酸酸化的Ba（NO₃）₂溶液     c．盐酸酸化的BaCl₂溶液    d．品红溶液
（3）常温下，向“中和器”中加入适量NaOH后，溶液呈中性，则溶液中c（SO₃^2-）：c（HSO₃^-）=0.63[已知：常温下，Ka₁（H₂SO₃）=l.5×10^-2，Ka₂（H₂SO₃）=6.3×10^-8]；
（4）图2所示为亚硫酸钠的溶解度曲线，则上述流程中的“结晶”方法是蒸发结晶（填“蒸发结晶”或“降温结晶”），图中a点所示分散系类别为浊液；
（5）仅用BaCl₂和H₂O₂的混合溶液难以检出“成品“中的SO₃^2-，原因是“成品”中含有某种杂质阴离子，该杂质阴离子SO₄^2-（填化学式）；实验室中常用如下方法检验SO₃^2-：

己知25℃时，部分钡盐的K_sp数值如表：

BaCO3	BaSO4	BaSO3	BaS2O3
5.1×10-9	1.1×10-10	8.4×10-7	1.6×10-5

若“溶液A”中SO₃^2-浓度为0.01mol•L^-1，且为杂质阴离子浓度的10倍，则向其中加入等体积0.01mol•L^-1BaCl₂溶液充分反应后c（Ba²⁺）=7×10^-4mol•L^-1，向“溶液B”中滴入BaCl₂和H₂O₂的混合溶液时，发生反应的离子方程式为Ba²⁺+H₂O₂+HSO₃^-═BaSO₄↓+H⁺+H₂O．

Answer 1

分析 利用工业废碱渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸厂尾气中的SO₂制备无水Na₂SO₃，吸收塔中发生的反应为2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，为了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，从而提高结晶产率，中和器中加入的NaOH是过量的，加入氢氧化钠进入中和器得到溶液结晶进入离心机干燥得到晶体，滤液重新进入吸收塔循环使用，
（1）吸收塔内发生的主要反应是二氧化硫和水反应生成亚硫酸和碳酸钠反应生成二氧化碳气体和亚硫酸氢钠；
（2）要通过检验“吸收塔”排放出的尾气是否含有SO₂来确定其是否达标．实验室中欲模拟检验尾气中的SO₂，选择的试剂应具有氧化性反应过程中有明显现象；
（3）常温下，向“中和器”中加入适量NaOH后，溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$=$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{K{a}_{2}}{c（{H}^{+}）}$；
（4）分析曲线，处于曲线上的点为饱和溶液状态，根据不同温度所得晶体不同分析；
（5）仅用BaCl₂和H₂O₂的混合溶液难以检出“成品“中的SO₃^2-，含有的阴离子硫酸根离子会干扰亚硫酸根离子的检验，若“溶液A”中SO₃^2-浓度为0.01mol•L^-1，且为杂质阴离子浓度的10倍，则向其中加入等体积0.01mol•L^-1BaCl₂溶液充分反应后c（Ba²⁺），产品中有SO₄^2-也会与氯化钡生成沉淀，相同类型的离子溶度积越小溶解度越小，相同条件下优先生成沉淀BaSO₃、BaSO₄，都属于同种类型的难溶物，可以直接依据溶度积常数判断溶解度大小，硫酸钡小于亚硫酸钡，所以相同条件下优先析出的是硫酸钡沉淀，设溶液体积均为1L，浓度为0.001mol/L硫酸根离子生成硫酸钡测定需要钡离子为n（Ba²⁺）=0.001mol，溶液中余下0.009mol，余下n（Ba²⁺）=0.01mol-0.001=0.009mol，结合亚硫酸钡溶度积计算；
向“溶液B”中滴入BaCl₂和H₂O₂的混合溶液时，发生反应是过氧化氢氧化亚硫酸氢跟离子生成硫酸根离子，结合钡离子生成白色沉淀硫酸钡．

解答 解：利用工业废碱渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸厂尾气中的SO₂制备无水Na₂SO₃，吸收塔中发生的反应为2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，为了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，从而提高结晶产率，中和器中加入的NaOH是过量的，加入氢氧化钠进入中和器得到溶液结晶进入离心机干燥得到晶体，滤液重新进入吸收塔循环使用，
（1）吸收塔内发生的主要反应是二氧化硫和水反应生成亚硫酸和碳酸钠反应生成二氧化碳气体和亚硫酸氢钠，反应的离子方程式为：CO₃^2-+2SO₂+H₂O═CO₂+2HSO₃^-，
故答案为：CO₃^2-+2SO₂+H₂O═CO₂+2HSO₃^-；
（2）处理过程中，要通过检验“吸收塔”排放出的尾气是否含有SO₂来确定其是否达标．实验室中欲模拟检验尾气中的SO₂，可以选用的试剂有，
a．澄清石灰水变浑浊可能为二氧化碳或二氧化硫，故a错误；
b．硝酸酸化的Ba（NO₃）₂溶液 可以优惠二氧化硫生成硫酸，溶液中生成硫酸钡白色沉淀，可以检验二氧化硫，故b正确；
c．盐酸酸化的BaCl₂溶液和二氧化硫不能发生反应，无现象，不能检验二氧化硫，故c错误；
d．二氧化硫能使品红溶液褪色，可以检验二氧化硫的存在，故d正确；
故答案为：bd；
（3）常温下，向“中和器”中加入适量NaOH后，溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$=$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{K{a}_{2}}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{6.3×1{0}^{-8}}{1{0}^{-7}}$=0.63
故答案为：0.63；
（4）处于曲线上的点为饱和溶液状态，a点在曲线上方，应为过饱和溶液，形成的是含晶体颗粒的悬浊液，b点为生成晶体的转折点，两种晶体可以共存，由于冷却至33℃以下时析出Na₂SO₃•7H₂O，应在维持95～100℃蒸发浓缩至有大量晶体析出，再利用余热蒸干，
故答案为：蒸发结晶；浊液；
（5）产品中有SO₄^2-也会与氯化钡生成沉淀，相同类型的离子溶度积越小溶解度越小，相同条件下优先生成沉淀BaSO₃、BaSO₄，都属于同种类型的难溶物，可以直接依据溶度积常数判断溶解度大小，硫酸钡小于亚硫酸钡，所以相同条件下优先析出的是硫酸钡沉淀，设溶液体积均为1L，浓度为0.001mol/L硫酸根离子生成硫酸钡测定需要钡离子为n（Ba²⁺）=0.001mol，溶液中余下0.009mol，余下n（Ba²⁺）=0.01mol-0.001=0.009mol，
              Ba²⁺+SO₃^2-=BaSO₃↓
起始  0.0045      0.005
变化      x            x
平衡  0.0045-x   0.0045-x
Ksp（BaSO₃）=（0.0045-x）×（0.0045-x）=8.4×10^-7，x1=5.7×10-3mol/L（不和题意舍去），x2=3.8×10-3mol/L，c（Ba²⁺）=（0.0045-x）mol/L=7×10^-4mol/L，
向“溶液B”中滴入BaCl₂和H₂O₂的混合溶液时，发生反应的离子方程式为：Ba²⁺+H₂O₂+HSO₃^-═BaSO₄↓+H⁺+H₂O，
 故答案为：SO₄^2-；7×10^-4；Ba²⁺+H₂O₂+HSO₃^-═BaSO₄↓+H⁺+H₂O．

点评 本题以物质制备为载体，考查学生对原理的分析理解、物质的分离提纯、氧化还原反应、信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度较大．