Question

7．SO₂、NO是大氣污染物．吸收SO₂ 和NO，獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產(chǎn)品的流程圖如下（Ce為鈰元素）：

（1）裝置Ⅰ中生成HSO₃^-的離子方程式為SO₂+OH^-=HSO₃^-．
（2）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-）存在于SO₂與NaOH溶液反應(yīng)后的溶液中，它們的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)X（i）與溶液pH 的關(guān)系如圖1所示．

①下列說法正確的是ac   （填字母序號）．
a．pH=8時，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-）
b．pH=7時，溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）
c．為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定濃度的CaCl₂溶液，溶液中出現(xiàn)渾濁，pH降為2，用化學(xué)平衡移動原理解釋溶液pH降低的原因：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，c（H⁺）增大．
（3）裝置Ⅱ中酸性條件下NO被Ce⁴⁺氧化的產(chǎn)物主要是NO₃^-、NO₂^-，寫出生成NO₃^-時的離子方程式NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．
（4）裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，同時獲得副產(chǎn)品Na₂S₂O₄，其原理如圖2所示．
①陰極的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O．
②生成Ce⁴⁺從電解槽的a（填字母序號）口流出．
（5）從氧化池Ⅳ中得到的粗產(chǎn)品NH₄NO₃的實驗操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾、洗滌等．標(biāo)況下，若V L尾氣（設(shè)氣體體積分?jǐn)?shù)：NO為a%、SO₂為b%、CO₂為c%）經(jīng)上述流程變化后最終獲得m g NH₄NO₃，則尾氣中NO的利用率為$\frac{28m}{aV}$%．

Answer 1

分析 吸收SO₂和NO，獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產(chǎn)品的流程分析可知，混合氣體通入氫氧化鈉溶液中吸收二氧化硫，剩余一氧化氮裝置Ⅱ中，酸性條件下，NO被Ce⁴⁺氧化的產(chǎn)物主要是NO₃^-、NO₂^-，進入裝置Ⅲ電解再生Ce⁴⁺循環(huán)使用，最后剩余的NO₃^-、NO₂^-通入氨氣和氧氣反應(yīng)得到硝酸銨，
（1）二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿之間發(fā)生反應(yīng)；
（2）①當(dāng)溶液的pH=8時，根據(jù)圖示得到溶液是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，根據(jù)離子濃度大小比較的方法來回答；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，溶液顯示酸性，根據(jù)平衡移動原理來回答；
（3）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（4）在電解池中，陽極上發(fā)失去電子的氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；氮元素守恒計算；
（5）溶液中得到溶質(zhì)固體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥等，標(biāo)況下，若V L尾氣（設(shè)氣體體積分?jǐn)?shù)：NO為a%、SO₂為b%、CO₂為c%）經(jīng)上述流程變化后最終獲得m g NH₄NO₃，其中銨根來源于通入的氨氣，硝酸根離子中的氮元素來源于混合氣體中的一氧化氮，結(jié)合元素守恒計算得到．

解答 解：（1）二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿氫氧化鈉之間發(fā)生反應(yīng)：SO₂+OH^-=HSO₃^-，故答案為：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
（2）①a、當(dāng)溶液的pH=8時，根據(jù)圖示得到溶液是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，離子濃度大小順序是：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-），故a正確；
b．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-），故b錯誤；
c．圖象可知，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；
故答案為：ac；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，溶液顯示酸性，加入CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，
故答案為：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，c（H⁺）增大；
（3）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
故答案為：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（4）①電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O，陽極電極反應(yīng)為：Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺，
故答案為：2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O；
②在電解池中，陽極上是Ce³⁺失電子成為Ce⁴⁺的過程，所以生成Ce⁴⁺從電解槽的陽極上極a極流出，
故答案為：a；
（5）在氧化池Ⅵ中得到NH₄NO₃溶液，從NH₄NO₃溶液中得到硝酸銨可以通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等操作獲得，標(biāo)況下，若V L尾氣（設(shè)氣體體積分?jǐn)?shù)：NO為a%、SO₂為b%、CO₂為c%）經(jīng)上述流程變化后最終獲得m g NH₄NO₃，尾氣中NO最后變化為硝酸根離子，則尾氣中NO的利用率=$\frac{\frac{mg}{80g/mol}}{\frac{Va%L}{22.4L/mol}}$×100%=$\frac{28m}{aV}$%，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；$\frac{28m}{aV}$%．

點評 本題綜合考查學(xué)生含氮元素、含硫元素物質(zhì)的性質(zhì)知識，注意知識的梳理和歸納是關(guān)鍵，題目難度中等．