Question

我国硫酸工业SO₂年排放量约10万吨，硫酸工业的尾气必须进行处理．

（1）某工厂采用氨-硫酸铵治理含硫烟气和同时吸收焦炉气中的氨，其工艺流程图如甲：
①从环境保护的角度看，采用上述工艺可防止

酸雨的产生、水体氮富营养化

；设计一个简单的实验方案，检验尾气中是否含有氨气：

将湿润的红色石蕊试纸伸入尾气样品中，观察试纸是否变红

．
②氨气吸收塔中发生反应的离子方程式为

HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O（或：HSO₃^-+NH₃=SO₃^2-+NH₄⁺）

．
（2）用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再用惰性电极电解吸收液将其转化为H₂SO₄的装置如图乙所示．阳极电极反应有两个，其电极反应式分别为：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺和

HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-

．
（3）利用Fe³⁺的氧化性，将SO₂氧化成SO₄^2-而实现SO₂的回收利用．为测定转化器中SO₂氧化成SO₄^2-的转化率，设计如图丙两个实验．
①实验Ⅰ可采用如图丁装置模拟测定烟气中SO₂的体积分数．X溶液既要能吸收又要能指示反应终点，则X溶液最好选用

碘的淀粉溶液（或酸性KMnO₄溶液）

．
实验Ⅰ还可采用下列方案：取280mL（标准状况）气体样品与足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反应后，用浓度为0.020mol/L的K₂Cr₂O₇溶液滴定反应生成的Fe²⁺，至终点消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL．尾气中SO₂的体积分数为

12.00%

．
已知：Cr₂O₇^2-+Fe²⁺+H⁺→Cr³⁺+Fe³⁺+H₂O（未配平）．
②实验Ⅱ测定转化了的SO₂，转化器中反应的离子方程式为

2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺

；假设测定在标准状况下进行，且已知混合气体流速，该实验中还需测定的数据有：实验时间、

BaSO₄的质量

．

Answer 1

分析：（1）①上述工艺吸收了含硫烟气和焦炉气中的氨，含硫烟气可引起酸雨的产生，氨可引起水体氮富营养化；根据氨气的检验方法：将湿润的红色石蕊试纸伸入尾气样品中，观察试纸是否变蓝；②NH₄HSO₃显酸性，能与碱性物质反应；
（2）在电解池的阳极上发生失电子的氧化反应；
（3）①测定模拟烟气中SO₂的体积分数，可根据二氧化硫气体的还原性，与具有氧化性的酸性高锰酸钾或碘水反应，通过颜色的变化判断；根据原子守恒及电子转移列出关系式，根据关系式计算样品中SO₂的体积分数；
②欲测定转化器中SO₂氧化成SO₄^2-的转化率，还需要测定时间和生成沉淀的质量．

解答：解：（1）①含硫烟气中含有二氧化硫等有毒物质，可引起酸雨的产生，氨中含氮元素，可引起水体氮富营养化；因氨气是碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可以用来检验氨气的存在，
故答案为：酸雨的产生、水体氮富营养化；将湿润的红色石蕊试纸伸入尾气样品中，观察试纸是否变蓝；
②NH₄HSO₃显酸性，能与碱性物质氨气之间发生反应：NH₄HSO₃^-+NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃+H₂O，离子方程式为：HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O，
故答案为：HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O （或：HSO₃^-+NH₃=SO₃^2-+NH₄⁺）
（2）装置的目的是用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再用惰性电极电解吸收液将其转化为H₂SO₄，可以知道化合价升高的是硫元素，在阳极上会发生失电子化合价升高的反应，故阳极反应式为：HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-，
故答案为：HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-；
（3）①二氧化硫气体有还原性，与具有氧化性的酸性高锰酸钾或碘水反应，令样品中SO₂的体积分数是x，则：
        6SO₂ ～12Fe²⁺～2Cr₂O^2-₇
        6mol            2mol
      

0.280xL

22.4L/mol

    0.025L×0.020mol/L

6

0.280x 22.4

=

2

0.025×0，02

解得x=12.00%，
故答案为：碘的淀粉溶液（或酸性KMnO₄溶液）；12.00%；
②转化器中二氧化硫可以被三价铁离子氧化为硫酸根离子，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，欲测定转化器中SO₂氧化成SO₄^2-的转化率，还需要测定时间和生成沉淀的质量，根据硫酸钡沉淀的量计算硫酸根生成的量，据硫元素守恒没硫酸根离子的量即为被氧化的二氧化硫的量，进而计算转化率，
故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；BaSO₄的质量．

点评：本题主要考查了SO₂的性质及其计算，注意氧化还原反应规律以及电解池的工作原理是关键，难度大，综合性强．