Question

17．工業(yè)生產中產生的SO₂、NO直接排放將對大氣造成嚴重污染．利用電化學原理吸收SO₂和NO，同時獲得 Na₂S₂O₄和 NH₄NO₃產品的工藝流程圖如圖1（Ce為鈰元素）．

請回答下列問題．
（1）取裝置Ⅰ中的吸收液vmL，用cmol/L的酸性高錳酸鉀溶液滴定．判斷滴定終點的方法是滴入最后一滴溶液變?yōu)樽霞t色，且半分鐘不變色
（2）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下生成NO₂^-的 離子方程式NO+Ce⁴⁺+H₂O=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺
（3）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-）存在于SO₂與NaOH溶液反應后的溶液中，它們的物質的量分數(shù)ω與溶液pH的關系如圖2所示．
下列說法不正確的是D
A．pH=2和 pH=9時的溶液中所含粒子種類不同
B．由圖中數(shù)據，可以估算出H₂SO₃的第二級電離平衡常數(shù)Ka₂≈10^-7
C．為獲得盡可能純的 NaHSO₃，應將溶液的pH控制在 4～5為宜
D．pH=7時，溶液中c（ Na⁺）＜c （HSO₃^-）+c（SO₃^2-）
（4）裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如圖3所示．
①圖中B為電源的負（填“正”或“負”）極．
②陽極反應室中發(fā)生的主要電極反應式為Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺．

Answer 1

分析 裝置Ⅰ中SO₂是酸性氧化物，和NaOH溶液發(fā)生反應：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和NaOH溶液不反應；
裝置Ⅱ中NO在酸性條件下，NO和Ce⁴⁺發(fā)生氧化還原反應：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
裝置Ⅲ中，在電解槽的陽極Ce³⁺-e^-=2Ce⁴⁺，陰極電極反應式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
裝置Ⅳ中通入氨氣、氧氣，2NO₂^-+O₂+2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-，
（1）取裝置Ⅰ中的吸收液vmL，I中含有HSO₃^-，HSO₃^-能將酸性高錳酸鉀溶液還原而使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
（2）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下生成NO₂^-，Ce⁴⁺被還原生成Ce³⁺；
（3）A．pH=2的溶液中粒子有OH^-、HSO₃^-、H₂SO₃、H₂O、Na⁺、H⁺，pH=9時的溶液中所含粒子有OH^-、SO₃^2-、H₂O、Na⁺、H⁺；
B．H₂SO₃的第二級電離平衡常數(shù)=$\frac{c（{H}^{+}）．c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$；
C．溶液的pH控制在4～5時，c（HSO₃^- ）濃度最大；
D．溶液中存在電荷守恒，根據電荷守恒判斷；
（4）①右邊電極上HSO₃^-得電子生成S₂O₄^2-，發(fā)生還原反應，為陰極，連接陰極的電源電極是負極；
②根據圖知，左邊電極是陽極，陽極上Ce ³⁺失電子生成Ce ⁴⁺．

解答 解：裝置Ⅰ中SO₂是酸性氧化物，和NaOH溶液發(fā)生反應：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和NaOH溶液不反應；
裝置Ⅱ中NO在酸性條件下，NO和Ce⁴⁺發(fā)生氧化還原反應：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
裝置Ⅲ中，在電解槽的陽極Ce³⁺-e^-=2Ce⁴⁺，陰極電極反應式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
裝置Ⅳ中通入氨氣、氧氣，2NO₂^-+O₂+2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-，
（1）取裝置Ⅰ中的吸收液vmL，I中含有HSO₃^-，HSO₃^-能將酸性高錳酸鉀溶液還原而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，該實驗滴定終點現(xiàn)象是滴入最后一滴溶液變?yōu)樽霞t色，且半分鐘不變色，故答案為：滴入最后一滴溶液變?yōu)樽霞t色，且半分鐘不變色；
（2）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下生成NO₂^-，Ce⁴⁺被還原生成Ce³⁺，離子方程式為NO+Ce⁴⁺+H₂O=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，
故答案為：NO+Ce⁴⁺+H₂O=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（3）A．pH=2的溶液中粒子有OH^-、HSO₃^-、H₂SO₃、H₂O、Na⁺、H⁺，pH=9時的溶液中所含粒子有OH^-、SO₃^2-、H₂O、Na⁺、H⁺，所以所含粒子種類不同，故A正確；
B．H₂SO₃的第二級電離平衡常數(shù)=$\frac{c（{H}^{+}）．c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$，pH=7時，pH=7時，c（HSO₃^- ）=c（SO₃^2- ），由Ka的表達式可知，H₂SO₃的第二級電離平衡常數(shù)K₂≈c（H⁺）=10^-7，故B正確；
C．溶液的pH控制在4～5時，c（HSO₃^- ）濃度最大，則為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右，故C正確；
D．pH=7時，溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），溶液中存在電荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），所以c（ Na⁺）＞c （HSO₃^-）+c（SO₃^2-），故D錯誤；
故選D；
（4）①右邊電極上HSO₃^-得電子生成S₂O₄^2-，發(fā)生還原反應，為陰極，連接陰極的電源電極是負極，所以B是負極，故答案為：負；
②根據圖知，左邊電極是陽極，陽極上Ce ³⁺失電子生成Ce ⁴⁺，電極反應式為Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺，
故答案為：Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，涉及電解原理、鹽類水解、滴定實驗等知識點，明確化學反應原理、元素化合物性質是解本題關鍵，會正確分析流程圖中發(fā)生的反應、圖2溶液中存在的微粒及其性質，注意電荷守恒和物料守恒的正確運用，題目難度不大．