Question

(15分)工业生产中产生的SO2、NO直接排放将对大气造成严重污染。利用电化学原理吸收SO2和NO，同时获得 Na2S2O4和 NH4NO3产品的工艺流程图如下(Ce为铈元素)。

请回答下列问题：

（1）装置I中生成HSO－3的离子方程式为                                      。

（2）含硫各微粒(H2SO3、HSO－3和SO2－3)存在于SO2与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数ω与溶液pH的关系如下图所示。

①下列说法正确的是          （填标号）。

A.pH = 7时，溶液中c( Na+) < c (HSO－3) + c(SO2－3)

B.由图中数据，可以估算出H2SO3的第二级电离平衡常数K2≈10－7

C.为获得尽可能纯的 NaHSO3，应将溶液的pH控制在 4～5为宜

D.pH = 9时溶液中 c(OH－)= c (H+) + c(HSO－3)+ 2c(H2SO3)

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，其pH 降为2 ，用化学平衡移动原理解释溶液 pH 降低的原因           。

（3）装置Ⅱ中的反应在酸性条件下进行，写出NO被氧化为NO－2离子方程式                       。

（4）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce4+ ，其原理如下图所示。

图中A为电源的      （填“正”或“负”）极。右侧反应室中发生的主要电极反应式为           。

（5）已知进人装置Ⅳ的溶液中NO－2的浓度为 0.75 mol/L ，要使 1m3该溶液中的NO－2完全转化为 NH4NO3，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的 O2的体积为          L 。

Answer

（15分）

（1）SO2 + OH- = HSO3-

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

（3）NO + Ce4+ + H2O = Ce3+ + NO2- +2H+

（4）①正 ②2HSO3- +2H+ + 2e- == S2O42- + 2H2O （5）8.4×103

【解析】

试题分析：（1）根据流程图可知，装置Ⅰ中发生SO2 与NaOH溶液反应生成NaHSO3的反应，则装置I中生成HSO－3的离子方程式为SO2 + OH- = HSO3-；

（2）①A.由图可知，pH = 7时，c(H＋)=c(OH－), c(HSO3-)=c(SO32-)，根据电荷守恒c(Na＋)+c(H＋)=c(OH－)+c(HSO3-)+2c(SO32-),则溶液中c( Na+)>c (HSO－3) + c(SO2－3)，A项错误;B．由图可知，当PH=7时，c(HSO3-)=c(SO32-)，H2SO3的二级电离平衡为HSO3-H＋+SO32-,电离平衡常数K2=c(H＋)·c(SO32-)÷c(HSO3-)≈10－7,B项正确；C.据图可知，在PH=4～5时，溶液中NaHSO3 的物质的量分数最大，C项正确；D.据图可知当pH = 9时，溶液是Na2SO3 ，溶液中存在电荷守恒，c(Na＋)+c(H＋)=c(OH－)+c(HSO3-)+2c(SO32-)，根据物料守恒，c(Na＋)=2c(HSO3-)+2c(SO32-)+2c(H2SO3 )，两个关系式联立得：c(OH－)= c (H+) + c(HSO－3)+ 2c(H2SO3)，D项正确；选BCD；

②HSO3-在溶液中存在电离平衡：HSO3-SO32- + H+ ，加入CaCl2溶液后，Ca2+ + SO32-=CaSO3↓，使电离平衡右移，c(H+)增大，溶液的PH降低。

（3）在装置Ⅱ中，NO与Ce4+反应生成Ce3+和NO2-，在根据化合价升降相等和电荷守恒、原子守恒配平，得出NO被氧化为NO－2离子方程式为NO + Ce4+ + H2O = Ce3+ + NO2- +2H+。

（4）①根据电解装置图，左侧反应室Ce3+失电子生成Ce4+,发生氧化反应，与电源正极相连；②右端发生HSO3-得电子生成S2O42-，再根据电荷守恒和原子守恒配平，则右侧反应室中发生的主要电极反应式为2HSO3- +2H+ + 2e- == S2O42- + 2H2O；

（5）NO2-的浓度为0.75mol/L，要使 1m3该溶液中的NO－2完全转化为 NH4NO3，则失去电子数为：1000×（5-3）×0.75=1500，设消耗标况下氧气的体积为V，根据电子守恒：VL/22.4mol·L-1×4=1500，解得V=8400L,则需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的 O2的体积为8.4×103L。

考点：考查气体的污染与治理，离子浓度的大小比较，影响化学平衡的因素，电解的应用等知识。