Question

工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的SO₂、NO直接排放將對大氣造成嚴重污染．利用電化學原理吸收SO₂和NO，同時獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產(chǎn)品的工藝流程圖如下（Ce為鈰元素）．

請回答下列問題．
（1）裝置I中生成HSO₃^-的離子方程式為

 

（2）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^- 和SO₃^2- ）存在于SO₂與NaOH溶液反應(yīng)后的溶液中，它們的物質(zhì)的量分數(shù)ω與溶液pH的關(guān)系如圖1所示．

①下列說法正確的是

 

（填標號）．
A．pH=7時，溶液中c（Na⁺）＜c（HSO₃^- ）+c（SO₃^2- ）
B．由圖中數(shù)據(jù)，可以估算出H₂SO₃的第二級電離平衡常數(shù)K₂≈10^-7
C．為獲得盡可能純的NaHSO₃，應(yīng)將溶液的pH控制在4～5為宜
D．pH=9時溶液中c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃）
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定濃度的CaCl₂溶液，溶液中出現(xiàn)渾濁，其pH降為2，用化學平衡移動原理解釋溶液pH降低的原因

 

．
（4）裝置III的作用之一是再生Ce，其原理如圖2所示．圖中A為電源的

 

（填“正”或“負”）極．右側(cè)反應(yīng)室中發(fā)生的主要電極反應(yīng)式為

 

．
（5）已知進入裝置Ⅳ的溶液中NO₂^- 的濃度為0.75mol?L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^- 全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需至少向裝置IV中通入標準狀況下的O₂的體積為

 

L．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,原電池和電解池的工作原理,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡,含硫物質(zhì)的性質(zhì)及綜合應(yīng)用

專題：電離平衡與溶液的pH專題,電化學專題,氧族元素

分析：（1）二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿之間發(fā)生反應(yīng)；
（2）①A．pH=7時，溶液為中性，結(jié)合電荷守恒分析；
B．HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，由圖中數(shù)據(jù)，pH=7時，c（HSO₃^- ）=c（SO₃^2- ）；
C．溶液的pH控制在4～5時，c（HSO₃^- ）濃度最大；
D．pH=9時溶液，溶液為亞硫酸鈉溶液，結(jié)合質(zhì)子守恒分析；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，溶液顯示酸性，根據(jù)平衡移動原理來回答；
（3）在電解池中，陽極上發(fā)失去電子的氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（4）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒來計算．

解答： 解：（1）二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿氫氧化鈉之間發(fā)生反應(yīng)：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氫氧化鈉之間不會反應(yīng)，故答案為：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
（2）①A．pH=7時，溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），溶液中存在電荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），故A錯誤；
B．HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，由圖中數(shù)據(jù)，pH=7時，c（HSO₃^- ）=c（SO₃^2- ），由Ka的表達式可知，H₂SO₃的第二級電離平衡常數(shù)K₂≈c（H⁺）=10^-7，故B正確；
C．溶液的pH控制在4～5時，c（HSO₃^- ）濃度最大，則為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右，故C正確；
D．pH=9時溶液，溶液為亞硫酸鈉溶液，由質(zhì)子守恒可知，c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃），故D正確；
b．c．圖象可知，．故c正確；
故答案為：BCD；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，溶液顯示酸性，加入CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，
故答案為：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，c（H⁺）增大；
（3）①電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即右側(cè)電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，陽極電極反應(yīng)為：Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺，則圖中A為電源的正極，
故答案為：正；2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）NO₂^-的濃度為0.75mol?L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，由電子守恒可知1000L×0.75mol/L×（5-3）=

V

22.4L/mol

×2×（2-0），解得V=8400L，
故答案為：8400．

點評：本題考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用，為高頻考點，涉及氧化還原反應(yīng)、離子濃度比較、電化學等，綜合性強，側(cè)重分析、計算能力的考查，題目難度中等．