Question

SO₂的含量是空气质量日报中一项重要检测指标，也是最近雾霾天气肆虐我国大部分地区的主要原因之一。加大SO₂的处理力度，是治理环境污染的当务之急。

I．电化学法处理SO₂。

硫酸工业尾气中的SO₂经分离后，可用于制备硫酸，同时获得电能，装置如右图所示（电极均为惰性材料）：

（1）M极发生的电极反应式为________________。

（2）若使该装置的电流强度达到2．0A，理论上每分钟应向负极通入标准状况下气体的体积为________L（已知：1个e^-所带电量为1.6×10^-19C）。

Ⅱ.溶液与电化学综合（钠碱循环法）处理SO₂。

（3）钠碱循环法中，用Na₂SO₃溶液作为吸收液来吸收SO₂，该反应的离子方程式为______________。

（4）吸收液吸收SO₂的过程中，pH随n(SO₃^2-)／n(HSO₃^-)变化关系如右图所示：

①用图中数据和变化规律说明NaHSO₃溶液呈酸性的原因________________。

②n(SO₃^2-)／n(HSO₃^-)=1：1时，溶液中离子浓度由大到小的顺序是_____________。

（5）当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽处理，直至得到pH>8的吸收液再循环利用，其电解示意图如下：

①写出阳极发生的电极反应式________________；

②当电极上有2 mol电子转移时阴极产物的质量为______________。

Answer

SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋ 0. 014 SO32－＋SO2＋H2O=2HSO3－ 随着n(SO32－)/n(HSO3－)的减小，pH逐渐减小；当n(SO32－)/c(HSO3－)=1：10时，pH=6.2，已呈酸性；当为NaHSO3溶液时，pH一定小于6.2 c(Na＋)>c(SO32－)=c(HSO3－)>c(OH－)>c(H＋) HSO3－＋H2O－2e－=SO42－＋3H＋ 2.0g

【解析】

（1）根据原电池的工作原理和图示，M极通入的SO2发生失电子的氧化反应产生硫酸，M极为负极，因此M极的电极反应式为：SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋；

（2）若使该装置的电流强度达到2.0A，理论上每分钟通过的电子物质的量为2.0A×60s÷(1.6×10-19C)÷(6.02×1023mol-1)=1.246×10-3mol，根据电极反应式SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋，标准状况下向负极通入SO2的体积V(SO2)=n（e-）×22.4L/mol=×1.246×10-3mol×22.4L/mol= 0.014L；

（3）Na2SO3溶液吸收SO2生成NaHSO3，反应的离子方程式为SO2＋SO32－＋H2O=2HSO3－；

（4）①根据图中数据变化，得出：随着n(SO32－)/n(HSO3－)的减小，pH逐渐减小；当n(SO32－)/c(HSO3－)=1：10时，pH=6.2，已呈酸性；当为NaHSO3溶液时，pH一定小于6.2；

②根据图像可知，n(SO32-)/n(HSO3-)=1：1时，溶液显碱性，即c(OH－)>c(H＋)，Na＋不水解，因此离子浓度大小：c(Na＋)>c(SO32－)=c(HSO3－)>c(OH－)>c(H＋)；

（5）①根据电解示意图，阳极上HSO3-失电子发生氧化反应生成SO42-，电极反应式为：H2O＋HSO3－－2e－=SO42－＋3H＋；

②根据图示，阴极发生的电极反应式为：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，转移2mol电子生成1mol氢气，即得到2g氢气。