Question

9．低濃度SO₂廢氣的處理是工業(yè)難題，工業(yè)上常利用廢堿渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸廠尾氣中的SO₂制備無水Na₂SO₃的成本低，優(yōu)勢明顯，其流程如圖．

（1）為了使SO₂盡可能吸收完全，在不改變吸收塔體積的條件下，可以采取的合理措施控制SO₂流速、增大Na₂CO₃溶液的濃度．（寫出兩條）
（2）中和器中發(fā)生的主要反應的離子方程式是HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O．
（3）圖1為吸收塔中Na₂CO₃溶液與SO₂反應過程中溶液組成變化．

①則初期反應（圖中A點以前）的化學方程式是2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃．
②通過電解法可分離圖中B點NaHSO₃與Na₂SO₃混合物，實現(xiàn)Na₂SO₃的循環(huán)利用，示意圖如圖2：簡述分離NaHSO₃與Na₂SO₃混合物的原理陽極4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，c（H⁺）增大，H⁺由a室經(jīng)陽離子交換膜進入b室，H⁺與SO₃^2-結(jié)合生成HSO₃^-，Na₂SO₃轉(zhuǎn)化為NaHSO₃；陰極2H⁺-2e^-=H₂↑，導致HSO₃^-H⁺+SO₃^2-正向移動，Na⁺從b室進入c室，NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂SO₃．
（4）圖3是亞硫酸鈉的溶解度曲線（溫度在33℃前后對應不同物質(zhì)），下列說法正確的是B
A．a(chǎn)點時溶液為不飽和溶液
B．b點時Na₂SO₃•7H₂O和無水Na₂SO₃共存
C．制備無水Na₂SO₃，應該在95～100℃加熱濃縮，冷卻至室溫結(jié)晶
（5）如果用含等物質(zhì)的量溶質(zhì)的下列各溶液分別吸收SO₂，則理論吸收量最多的是C
A．Na₂SO₃       B．Na₂S      C．Ba（NO₃）₂        D．酸性KMnO₄．

Answer 1

分析 利用工業(yè)廢堿渣（主要成分Na₂CO₃）吸收硫酸廠尾氣中的SO₂制備無水Na₂SO₃，吸收塔中發(fā)生的反應為2CO₃^2-+SO₂+H₂O=2HCO₃^-+SO₃^2-，為了降低由中和器所得溶液中Na₂SO₃的溶解度，從而提高結(jié)晶產(chǎn)率，中和器中加入的NaOH是過量的，加入氫氧化鈉進入中和器得到溶液結(jié)晶進入離心機干燥得到晶體，濾液重新進入吸收塔循環(huán)使用，
（1）為了使SO₂盡可能吸收完全，在不改變吸收塔體積的條件下，可以采取的合理措施有控制SO₂流速、增大Na₂CO₃溶液的濃度、適當升溫、采用氣液逆流法、噴淋法或?qū)�Na₂CO₃溶液霧化等；
（2）隨著二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亞硫酸氫鈉，中和器中主要是將亞硫酸氫鈉轉(zhuǎn)化為硫酸鈉，同時碳酸氫鈉反應得到碳酸鈉；
（3）①由圖可知，初期反應（圖中A點以前）碳酸鈉與二氧化硫反應生成碳酸氫鈉與亞硫酸鈉；
②電解法可分離NaHSO₃與Na₂SO₃混合物，陽極發(fā)生氧化反應，失去電子生成氧氣，氫離子和亞硫酸根離子反應生成亞硫酸氫根離子，陰極發(fā)生還原反應生成氫氣，導致HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-正向移動，NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂SO₃；
（4）分析曲線，處于曲線上的點為飽和溶液狀態(tài)，根據(jù)不同溫度所得晶體不同分析；
（5）依據(jù)選項中的溶液性質(zhì)和二氧化硫反應的過程和化學方程式定量關系分析計算．

解答 解：（1）為了使SO₂盡可能吸收完全，在不改變吸收塔體積的條件下，可以采取的合理措施有：控制SO₂流速、增大Na₂CO₃溶液的濃度、適當升溫、采用氣液逆流法、噴淋法或?qū)�Na₂CO₃溶液霧化等；
故答案為：控制SO₂流速、增大Na₂CO₃溶液的濃度（適當升溫、采用氣液逆流法、噴淋法或?qū)�Na₂CO₃溶液霧化等）；
（2）隨著二氧化硫通入量增大，后期生成主要是得到亞硫酸氫鈉，中和器中主要是將亞硫酸氫鈉轉(zhuǎn)化為硫酸鈉，同時碳酸氫鈉反應得到碳酸鈉，發(fā)生的離子方程式為：HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O；
故答案為：HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O；
（3）①由圖可知，初期反應（圖中A點以前）碳酸鈉與二氧化硫反應生成碳酸氫鈉與亞硫酸鈉，反應反應方程式為：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2 NaHCO₃+Na₂SO₃；
故答案為：2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2 NaHCO₃+Na₂SO₃；
②通過電解法可分離NaHSO₃與Na₂SO₃混合物，陽極2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，c（H⁺）增大，H⁺由a室經(jīng)陽離子交換膜進入b室，H⁺與SO₃^2-結(jié)合生成HSO₃^-，Na₂SO₃轉(zhuǎn)化為NaHSO₃．陰極2H⁺-2e^-=H₂↑，導致HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-正向移動，Na⁺從b室進入c室，NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂SO₃，實現(xiàn)Na₂SO₃的循環(huán)利用；
故答案為：陽極4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，c（H⁺）增大，H⁺由a室經(jīng)陽離子交換膜進入b室，H⁺與SO₃^2-結(jié)合生成HSO₃^-，Na₂SO₃轉(zhuǎn)化為NaHSO₃；陰極2H⁺-2e^-=H₂↑，導致HSO₃^- H⁺+SO₃^2-正向移動，Na⁺從b室進入c室，NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂SO₃；
（4）A．處于曲線上的點為飽和溶液狀態(tài)，A點在曲線上方，應為過飽和溶液，故A錯誤；
B．B點為生成晶體的轉(zhuǎn)折點，兩種晶體可以共存，故B正確；
C．由于冷卻至33℃以下時析出Na₂SO₃•7H₂O，應在維持95～100℃蒸發(fā)濃縮至有大量晶體析出，再利用余熱蒸干，故C錯誤；
故答案為：B；
（5）如果用含等物質(zhì)的量溶質(zhì)的下列各溶液分別來吸收SO₂，
A．Na₂SO₃ 吸收二氧化硫發(fā)生的反應為：Na₂SO₃+SO₂+H₂O=2NaHSO₃，1molNa₂SO₃ 最多吸收二氧化硫1mol；
B．Na₂S 吸收二氧化硫發(fā)生的反應為：2Na₂S+5SO₂+2H₂O=4NaHSO₃+3S↓，1mol2Na₂S最多反應二氧化硫2.5mol；
C．Ba（NO₃）₂  吸收二氧化硫反應化學方程式為Ba（NO₃）₂+3SO₂+2H₂O=BaSO₄↓+2H₂SO₄+2NO↑：1molBa（NO₃）₂最多吸收二氧化硫3mol；
D．酸性KMnO₄溶液吸收二氧化硫的反應2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，1molKMnO₄最多反應二氧化硫2.5mol；
吸收量最多的是Ba（NO₃）₂；
故答案為：C．

點評 本題以物質(zhì)制備為載體，考查學生對原理的分析理解、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應、信息獲取與遷移運用等，需要學生具備扎實的基礎．