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(yīng)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(yīng)過程中溶液組成變化．

①則初期反應(yīng)（圖中A點(diǎn)以前）的化學(xué)方程式是2Na₂CO₃+SO₂+H₂O=2NaHCO₃+Na₂SO₃．
②通過電解法可分離圖中B點(diǎn)NaHSO₃與Na₂SO₃混合物，實(shí)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(jìn)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(dǎo)致HSO₃^-H⁺+SO₃^2-正向移動(dòng)，Na⁺從b室進(jìn)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(yīng)不同物質(zhì)），下列說法正確的是B
A．a(chǎn)點(diǎn)時(shí)溶液為不飽和溶液
B．b點(diǎn)時(shí)Na₂SO₃•7H₂O和無水Na₂SO₃共存
C．制備無水Na₂SO₃，應(yīng)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(yīng)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(jìn)入中和器得到溶液結(jié)晶進(jìn)入離心機(jī)干燥得到晶體，濾液重新進(jìn)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(dāng)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(shí)碳酸氫鈉反應(yīng)得到碳酸鈉；
（3）①由圖可知，初期反應(yīng)（圖中A點(diǎn)以前）碳酸鈉與二氧化硫反應(yīng)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(yīng)，失去電子生成氧氣，氫離子和亞硫酸根離子反應(yīng)生成亞硫酸氫根離子，陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，導(dǎo)致HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-正向移動(dòng)，NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂SO₃；
（4）分析曲線，處于曲線上的點(diǎn)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(xiàng)中的溶液性質(zhì)和二氧化硫反應(yīng)的過程和化學(xué)方程式定量關(guān)系分析計(jì)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(dāng)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(dāng)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(shí)碳酸氫鈉反應(yīng)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(yīng)（圖中A點(diǎn)以前）碳酸鈉與二氧化硫反應(yīng)生成碳酸氫鈉與亞硫酸鈉，反應(yīng)反應(yīng)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(jìn)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(dǎo)致HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-正向移動(dòng)，Na⁺從b室進(jìn)入c室，NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂SO₃，實(shí)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(jìn)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(dǎo)致HSO₃^- H⁺+SO₃^2-正向移動(dòng)，Na⁺從b室進(jìn)入c室，NaHSO₃轉(zhuǎn)化為Na₂SO₃；
（4）A．處于曲線上的點(diǎn)為飽和溶液狀態(tài)，A點(diǎn)在曲線上方，應(yīng)為過飽和溶液，故A錯(cuò)誤；
B．B點(diǎn)為生成晶體的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩種晶體可以共存，故B正確；
C．由于冷卻至33℃以下時(shí)析出Na₂SO₃•7H₂O，應(yīng)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(cuò)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(yīng)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(yīng)為：2Na₂S+5SO₂+2H₂O=4NaHSO₃+3S↓，1mol2Na₂S最多反應(yīng)二氧化硫2.5mol；
C．Ba（NO₃）₂  吸收二氧化硫反應(yīng)化學(xué)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(yīng)2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，1molKMnO₄最多反應(yīng)二氧化硫2.5mol；
吸收量最多的是Ba（NO₃）₂；
故答案為：C．

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