Question

随着我国工业化水平的不断发展，解决水、空气污染问题成为重要课题。

(1)工业尾气中含有大量的氮氧化物，NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图所示：

①由图可知SCR技术中的氧化剂为____。  

②用Fe作催化剂加热时，在氨气足量的情况下，当NO₂与NO的物质的量之比为1：1时，写出该反应的化学方程式：_______。  

(2)ClO₂气体是一种常用的消毒剂，现在被广泛用于饮用水消毒。自来水厂用ClO₂处理后的水中，要求ClO₂的浓度在0.1~0.8 mg/L。碘量法可以检测水中ClO₂的浓度，步骤如下：

Ⅰ.取一定体积的水样用微量的氢氧化钠溶液调至中性，然后加入一定量的碘化钾，并加入淀粉溶液，溶液变蓝

Ⅱ.加入一定量的Na₂S₂O₃溶液(已知：2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-)

Ⅲ.加硫酸调节水样pH至1.3。

已知：ClO₂在中性条件下还原产物为ClO₂^-，在酸性条件下还原产物为Cl^-。请回答下列问题：

①确定操作Ⅱ完全反应的现象为________。

②在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式为______。

③若水样的体积为1.0 L，在操作Ⅱ时消耗了1.0×10^-3 mol/L的Na₂S₂O₃溶液10 mL，则水样中ClO₂的浓度是____mg/L。

Answer

NO、NO2 2NH3+NO+NO22N2+3H2O 蓝色消失，半分钟内不变色 ClO2-+4I-+4H+=Cl-+2I2+2H2O 0.675

【解析】

(1)①得电子，化合价降低的反应物是氧化剂；

②根据化合价升降总数相等、原子守恒来配平；

(2)①加入一定量 Na2S2O3 溶液，发生反应2S2O32-+I2=S4O62-+2I-，使I2还原为I-；

②由图示表明，pH至1～3时，ClO2-将I-氧化生成的I2与淀粉结合再次出现蓝色，根据化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒来配平；

③根据关系式ClO2～I-～S2O32-先计算出ClO2的物质的量，然后再计算出浓度。

(1)①由图甲可知SCR技术中NH3与NO、NO2反应产物为N2和水，故氧化剂为NO、NO2；

②NH3中氮的化合价由-3价升高到0价，一个NH3失去3个电子，NO2中氮的化合价由+4价降低到0价，一个NO2得到4个电子，NO中氮的化合价由+2价降低到0价，一个NO得到2个电子，当NO2与NO的物质的量之比为1：1时，转移电子的最小公倍数为6，结合质量守恒可知方程式为：2NH3+NO+NO22N2+3H2O；

(2)①加入一定量 Na2S2O3溶液，Na2S2O3与I2发生氧化还原反应为：2S2O32-+I2=S4O62-+2I-，使I2还原为I-，若反应完全，则溶液蓝色会消失，半分钟内不变色；

②由图示表明，pH至1～3时，ClO2-将I-氧化生成的I2，溶液又变为蓝色，ClO2-中氯的化合价由+3价降低到-1价，一个ClO2-得到4个电子，碘的化合价由-1价升高到0价，一个I-失去1个电子，转移电子的最小公倍数为4，结合质量守恒、电荷守恒可知离子方程式为：ClO2-+4I-+4H+=Cl-+2I2+2H2O；

③根据电子得失数目相等，可得关系式：ClO2～I-～S2O32-，n(S2O32-)=1.0×10-3 mol/L×0.01 L=1.0×10-5 mol，则n(ClO2)=n(S2O32-)=1.0×10-5 mol，则m(ClO2)= 1.0×10-5 mol×67.5×103 mg/mol=0.675 mg，由于水样的体积为1.0 L，所以 ClO2 的浓度为=0.675 mg/L。