Question

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Ⅱ中NO在酸性条件下生成NO₂^-的离子方程式__________________；

（2）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ω与溶液pH的关系如图1所示

①下列说法正确的是             (填标号)。

A．pH=7时，溶液中c( Na⁺)＜c (HSO₃^-)+c(SO₃^2-)

B．由图中数据，可以估算出H₂SO₃的第二级电离平衡常数Ka₂≈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(HSO₃^-)+2c(H₂SO₃)

②若1L1mol/L的NaOH溶液完全吸收13.44L(标况下)SO₂，则反应的总离子方程式为                 。

③取装置Ⅰ中的吸收液vmL，用cmol/L的酸性高锰酸钾溶液滴定。酸性高锰酸钾溶液应装在         (填“酸式”或“碱式”)滴定管中，判断滴定终点的方法是                   。

（3）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           。

（4） 已知进入装置Ⅳ的溶液中NO－2的浓度为 0.4 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

（1）H2O + NO + Ce4+ = 2H+ + NO2- + Ce3+（2）①BCD；②3SO2 + 5OH- = 2SO32- + HSO3- + 2H2O；③酸式；当滴入最后一滴高锰酸钾溶液，溶液由无色变为浅红色，且半分钟不褪色。（3）正；2H+ + 2HSO3- + 2e- = S2O42- + 2H2O（4）4480L

【解析】

试题分析：装置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱氢氧化钠之间发生反应：SO2+OH-=HSO3-，NO和氢氧化钠之间不会反应，装置Ⅱ中NO在酸性条件下，NO和Ce4+之间会发生氧化还原反应：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，装置Ⅲ中，在电解槽的阳极2Ce3+-2e-=2Ce4+，阴极电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，装置Ⅳ中通入氨气、氧气，2NO2-+O2++2H++2NH3=2NH4++2NO3-，

（1）装置Ⅱ中NO在酸性条件下NO和Ce4+之间会发生氧化还原反应：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，故答案为：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+；

（2）①A、pH=7时，溶液呈中性，c(H+)=c(OH-)，溶液中存在电荷守恒：c(H+)+c(Na+)=c(HSO3-)+2c(SO32-)+c(OH-)，故溶液中c(Na+)=c(HSO3-)+2c(SO32-)，故A错误；B、HSO3-SO32-+H+，由图中数据，pH=7时，c(HSO3- )=c(SO32- )，由Ka的表达式可知，H2SO3的第二级电离平衡常数K2≈c(H+)=10-7，故B正确；C、溶液的pH控制在4～5时，c(HSO3- )浓度最大，则为获得尽可能纯的NaHSO3，可将溶液的pH控制在4～5左右，故C正确；D、pH=9时溶液，溶液为亚硫酸钠溶液，由质子守恒可知，c(OH-)=c(H+)+c(HSO3-)+2c(H2SO3)，故D正确；故答案为：BCD；

②1L1.0mol/L的NaOH溶液中含有氢氧化钠的物质的量为：1L×1.0mol/L=1.0mol，13.44L(标况下)SO2，n(SO2)==0.6mol，

设反应生成亚硫酸钠的物质的量为x，消耗二氧化硫的物质的量为y

2NaOH+SO2═Na2SO3+H2O

2 1 1

1.0mol y x

==解得：x=0.5mol y=0.5mol根据上述计算可以知道，二氧化硫是过量的，剩余的二氧化硫的物质的量为：0.6mol-0.5mol=0.1mol

所以二氧化硫会和生成的亚硫酸钠继续反应，

设消耗亚硫酸钠的物质的量为a，生成亚硫酸氢钠的物质的量为b

Na2SO3+H2O+SO2═2NaHSO3

1 1 2

a 0.1mol b

==，解得：a=0.1mol b=0.2mol，

则溶液中n(SO32-)=0.5mol-0.1mol=0.4mol，n(HSO3-)=0.2mol，n(SO32-)：n(HSO3-)=2：1，则反应的离子方程式为3SO2+5OH-=2SO32-+HSO3-+2H2O，

故答案为：3SO2+5OH-=2SO32-+HSO3-+2H2O；

③酸式滴定管只能盛放酸性溶液、碱式滴定管只能盛放碱性溶液，酸性高锰酸钾溶液呈酸性，则可以盛放在酸式滴定管中；原溶液无色，而KMnO4为紫红色，所以当溶液中的H2C2O4和KHC2O4反应完全时，滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变；故答案为：酸式；滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变；

（3）生成Ce4+为氧化反应，发生在阳极上，因此再生时生成的Ce4+在电解槽的阳极，连接电源正极，反应物是HSO3-被还原成S2O42-，得到电子，电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，故答案为：正；2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O；

（4）NO2-的浓度为0.4mol/L，要使1m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，则失去电子数为：1000×(5-3)×0.4mol，设消耗标况下氧气的体积是V，根据电子守恒：×4=1000×(5-3)×0.4mol，解得V=4480L，故答案为：4480。

考点：考查了物质分离和提纯的方法和化学实验的基本操作的相关知识。