Question

（15分）雾霾含有大量的污染物SO₂、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₃和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

⑴装置Ⅰ中的主要离子方程式为                                          。3

⑵含硫各微粒(H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－)存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X(i)与溶液pH 的关系如图所示。

①若是0.1molNaOH反应后的溶液，测得溶液的pH=8时，溶液中个离子由大到小的顺序是          。

②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：                                 。

⑶写出装置Ⅱ中，酸性条件下的离子方程式                              。

⑷装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如下图所示。

①生成Ce⁴⁺从电解槽的         (填字母序号)口流出。②写出与阴极的反应式                       。

⑸已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^－的浓度为a g·L^-1，要使1 m³该溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂          L。(用含a代数式表示， 计算结果保留整数)

Answer

（1） SO2+OH-=HSO3- ；

（2） ①c(Na+)﹥c(SO32-)﹥c(HSO3-)﹥c(OH-)﹥c(H+) ；② HSO3-在溶液中存在电离平衡：HSO3- SO32-+ H+，加CaCl2溶液后，Ca2++SO32-=CaSO3↓使电离平衡右移，c(H+)增大

（3） NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+；NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+

（4） ①a ； ②2HSO3-+4H++4e-=S2O32-+3H2O

（5）243a (242a、244a、5600a/23都给分)

【解析】

试题分析：⑴在置Ⅰ中SO2与NaOH溶液发生反应，离子方程式是SO2+OH-=HSO3-；（2）①溶液的pH=8时，溶液中含有的物质是Na2SO3和NaHSO3.根据物料守恒可得c(Na+)=(SO32-)+(HSO3-)+(H2O3)；所以c(Na+)最大。知c(SO32-)﹥c(HSO3-)由于溶液显碱性，所以c(OH-)﹥c(H+)；因为盐是强电解质，盐水解的程度是微弱的，所以c(HSO3-)﹥c(OH-)。故溶液中的离子浓度关系为：c(Na+)﹥c(SO32-)﹥c(HSO3-)﹥c(OH-)﹥c(H+)；②NaHSO3溶液的pH=5，说明在溶液中NaHSO3的电离作用大于水解作用，当向其中加入CaCl2溶液时，会发生反应：Ca2++SO32-=CaSO3↓，这样就破坏了溶液中HSO3-在溶液中存在电离平衡：HSO3- SO32-+ H+，使平衡正向移动，进行电离产生大量的H+；c(H+)增大，因此溶液的pH减小。pH降为2。⑶在装置Ⅱ中，在酸性条件下根据流程示意图可得反应的离子方程式是NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+；NO+H2O+ Ce4+=Ce3++NO2-+2H+；⑷在装置Ⅲ还可以使Ce4+再生，①由于Ce3+→Ce4+,化合价升高，失去电子，所以生成Ce4+从电解槽的阳极a流出；②在阴极发生的电极的反应式是2HSO3-+4H++4e-=S2O32-+3H2O。⑸由于NO2－的浓度为a g·L-1，所以1 m3该溶液中的NO2－的量为a g·L-1×1000L=1000ag.物质的量为1000ag÷46g/mol；每1mol的NO2－完全转化为NH4NO3，失去电子2mol.所以转移电子的物质的量为1000ag÷46g/mol×2=(1000a÷23)mol,每一mol的氧气反应转移电子4mol，所以消耗氧气的物质的量为(1000a÷23)mol÷4=(250a÷23)mol,需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O2 的体积是(250a÷23)mol×22.4L/mol=5600a/23L=243. 5aL。

考查：离子方程式的书写、离子浓度的比较、电解原理及应用、氧化还原反应的有关计算的知识。