Question

3．工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣直接排放會(huì)造成污染，很多都經(jīng)過吸收轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品．
I．利用電化學(xué)原理吸收工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的SO₂、NO，同時(shí)獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產(chǎn)品的工藝
流程圖如圖1（Ce為鈰元素）．

請(qǐng)回答下列問題：
（1）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下生成NO₂^-的離子方程式：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺．
（2）裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如圖2所示：右側(cè)反應(yīng)室中發(fā)生的主要電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O．
（3）已知進(jìn)入裝置Ⅳ的溶液中NO₂^-的濃度為0.4mol•L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為 NH₄NO₃，需至少向裝置Ⅳ中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O₂的體積為4480 L．

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）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）生成Ce⁴⁺為氧化反應(yīng)，發(fā)生在陽(yáng)極上，反應(yīng)物是HSO₃^-被還原成S₂O₄^2-，得到電子；
（3）NO₂^-的濃度為0.4mol/L，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，結(jié)合電子守恒進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）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⁺，
故答案為：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（2）生成Ce⁴⁺為氧化反應(yīng)，發(fā)生在陽(yáng)極上，因此再生時(shí)生成的Ce⁴⁺在電解槽的陽(yáng)極，連接電源正極，反應(yīng)物是HSO₃^-被還原成S₂O₄^2-，得到電子，電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（3）NO₂^-的濃度為0.4mol/L，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，則失去電子數(shù)為：1000×（5-3）×0.4mol，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，根據(jù)電子守恒：$\frac{VL}{22.4L/mol}$×4=1000×（5-3）×0.4mol，解得V=4480L，
故答案為：4480．

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)，題目難度中等．