Question

6．連二亞硫酸鈉（Na₂S₂O₄）俗稱保險(xiǎn)粉，是一種強(qiáng)還原劑，工業(yè)上可通過(guò)吸收大氣污染物（含有SO₂、NO等制�。�，同時(shí)還可得到NH₄NO₃產(chǎn)品，工藝流程圖如圖1（Ce為鈰元素）：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）裝置I中可生成NaHSO₃．常溫下NaHSO₃溶液呈酸性的原因是HSO₃^-在溶液中存在電離平衡和水解平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，由于HSO₃^-的電離程度大于水解程度，故溶液中的_C（H⁺）＞c（OH^-），溶液呈酸性．
（2）裝置II中酸性條件下，NO被Ce⁴⁺氧化為NO₃^-時(shí)，氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：3．
（3）裝置III中陰極上的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O．若裝置IV中NO₂^- 的濃度為11.5g•L^-1要使1dm³該
溶液中的NO₂^- 完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，至少向裝置IV中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O₂2.8L．
（4）Na₂S₂O₄在空氣中容易被氧化，其反應(yīng)方程式可能為：
①2Na₂S₂O₄+O₂+2H₂O═4NaHSO₃；
②Na₂S₂O₄+O₂+H₂O═NaHSO₃+NaHSO₄．
請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明氧化時(shí)一定有反應(yīng)②發(fā)生取少量固體溶于水中，加人BaCl₂溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，則證明是②（或取少量固體溶于水中，若聞到刺激性氣味）．
（5）SO₂-空氣質(zhì)子交換膜燃料電池原理示意圖如圖2：
質(zhì)子的流動(dòng)方向?yàn)閺腁到B（“從A到B”或“從B到A”），負(fù)極的電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 裝置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和強(qiáng)堿氫氧化鈉之間發(fā)生反應(yīng)：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氫氧化鈉之間不會(huì)反應(yīng)，裝置Ⅱ中NO在酸性條件下，NO和Ce⁴⁺之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，裝置Ⅲ中，在電解槽的陽(yáng)極2Ce³⁺-2e^-=2Ce⁴⁺，陰極電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，裝置Ⅳ中通入氨氣、氧氣，2NO₂^-+O₂+2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-，
（1）亞硫酸氫根離子的電離程度大于水解程度；
（2）NO被Ce⁴⁺氧化為NO₃^-時(shí)，氧化產(chǎn)物是硝酸根離子，還原產(chǎn)物是Ce³⁺，根據(jù)方程可得；
（3）裝置III中陰極上的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-放電，據(jù)此書(shū)寫；裝置IV中NO₂^- 的反應(yīng)為2NO₂^-+O₂+2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-，根據(jù)硝酸根的量計(jì)算氧氣；
（4）驗(yàn)證硫酸根離子或者亞硫酸氫根離子即可證明氧化時(shí)一定有反應(yīng)②發(fā)生；
（5）原電池中陽(yáng)離子移向正極，依據(jù)二氧化硫、氧氣發(fā)生反應(yīng)判斷電極，判斷質(zhì)子移動(dòng)方向；二氧化硫在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）HSO₃^-在溶液中存在電離平衡和水解平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，由于HSO₃^-的電離程度大于水解程度，故溶液中的_C（H⁺）＞c（OH^-），溶液呈酸性；
故答案為：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡和水解平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，由于HSO₃^-的電離程度大于水解程度，故溶液中的_C（H⁺）＞c（OH^-），溶液呈酸性；
（2）裝置II中酸性條件下，NO被Ce⁴⁺氧化為NO₃^-時(shí)，反應(yīng)為NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，氧化產(chǎn)物是硝酸根離子，還原產(chǎn)物是Ce³⁺，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比1：3；
故答案為：1：3；
（3）電解槽陰極發(fā)生還原反應(yīng)，SO₃^2-被還原為S₂O₄^2-，電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O；若裝置IV中NO₂^- 的濃度為11.5g•L^-1，則n（NO₂^- ）=$\frac{11.5g/L×1L}{46g/mol}$=0.25mol，要使1dm³該溶液中的NO₂^- 完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，根據(jù)反應(yīng)2NO₂^-+O₂+2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-，至少向裝置IV中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O₂$\frac{1}{2}×0.25mol×22.4L/mol$=2.8L；
故答案為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O；2.8；
（4）實(shí)驗(yàn)②為Na₂S₂O₄+O₂+H₂O═NaHSO₃+NaHSO₄，要證明該反應(yīng)的發(fā)生，可驗(yàn)證其溶液中的硫酸根離子和亞硫酸氫根離子，方法為：取少量固體溶于水中，加人BaCl₂溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，則證明是②（或取少量固體溶于水中，若聞到刺激性氣味）；
故答案為：取少量固體溶于水中，加人BaCl₂溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，則證明是②（或取少量固體溶于水中，若聞到刺激性氣味）；
（5）二氧化硫發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化硫所在電極為負(fù)極，氧氣所在電極為正極，原電池中陽(yáng)離子移向正極，所以質(zhì)子移動(dòng)方向?yàn)椋簭腁到B；二氧化硫在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：從A到B；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電工業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)原理吸收SO₂和NO的工藝，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重分析、計(jì)算能力的考查，題目涉及氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)等，綜合性強(qiáng)，題目難度較大．