Question

5．燃煤煙氣脫硫有很多方法
方法I：先用氨水將SO₂轉(zhuǎn)化為NH₄HSO₃，再通入空氣氧化成（NH₄）₂SO₄．
方法II：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再經(jīng)電解轉(zhuǎn)化為H₂SO₄．
據(jù)此回答以下問題：
（1）方法I中發(fā)生氧化還原反應的離子方程式2HSO₃^-+O₂═2SO₄^2-+2H⁺．能提高方法I燃煤煙氣SO₂中去除率的措施有A、D（填字母）．
A．增大氨水濃度                       B．增大燃煤煙氣的流速
C．事先去除燃煤煙氣中的二氧化碳       D．增大壓強
（2）采用方法II脫硫，燃煤煙氣中的二氧化碳能否與生成的NaHSO₃溶液反應不能，亞硫酸的酸性大于碳酸（說明理由）．已知H₂SO₃為的電離平衡常數(shù)為K₁=1.54×10^-2，K₂=1.02×10^-7．則NaHSO₃溶液中含S元素粒子濃度由大到小的順序為c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．通過右圖所示電解裝置可將生成的NaHSO₃轉(zhuǎn)化為硫酸，電極材料皆為石墨．則A為電解池的陰極（填“陰極”或“陽極”）．C為較濃的硫酸溶液（填物質(zhì)名稱）．若將陰離子交換膜換成陽子交換膜，寫出陽極區(qū)域發(fā)生的電極反應2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）方法I為：先用氨水將SO₂轉(zhuǎn)化為NH₄HSO₃，再通入空氣氧化成（NH₄）₂SO₄，發(fā)生氧化還原反應的一步是入空氣將NH₄HSO₃氧化成（NH₄）₂SO₄，據(jù)此寫出反應的離子方程式，結合可逆反應的影響化學平衡的條件，以及改變轉(zhuǎn)化率的方法，據(jù)此分析；
（2）采用方法II脫硫，方法II為：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再經(jīng)電解轉(zhuǎn)化為H₂SO₄，考慮H₂SO₃和H₂CO₃的酸性強弱，反應應又強酸制取弱酸，根據(jù)H₂SO₃的電離平衡常數(shù)分析比較粒子濃度大小，A電極產(chǎn)生H₂，注意到A處NaHSO₃變成了Na₂SO₃，則可判斷H₂由H⁺得到電子而來，電解池中陰極反應為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應，根據(jù)電極反應分析C處的溶液性質(zhì)，電解池陽極發(fā)生的反應為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應，據(jù)此寫出陽極的電極反應．

解答 解：（1）方法I為：先用氨水將SO₂轉(zhuǎn)化為NH₄HSO₃，再通入空氣氧化成（NH₄）₂SO₄，發(fā)生氧化還原反應的一步是入空氣將NH₄HSO₃氧化成（NH₄）₂SO₄，則方法I中發(fā)生氧化還原反應的離子方程式為：2HSO₃^-+O₂=2SO₄^2-+2H⁺，
方法I中涉及到的反應有：SO₂+NH₃•H₂O═NH₄HSO₃，這一步就是除去SO₂的步驟，
A．增大氨水濃度，可使SO₂的吸收率增大，反應轉(zhuǎn)化的更徹底，可以有效提高SO₂中去除率，故A選；
B．增大燃煤煙氣的流速，去除反應是靠溶液吸收，增大燃煤煙氣的流速會使溶液吸收率降低，不能很有效的去除SO₂，應該減緩燃煤煙氣的流速，故B不選；
C．用氨水溶液吸收，氨水溶液可以吸收CO₂，不必要事先去除燃煤煙氣中的二氧化碳，故C不選；
D．從可逆反應角度考慮，反應SO₂+NH₃•H₂O═NH₄HSO₃為氣體數(shù)減少的反應，隨著反應進行，體系壓強降低，增大壓強有利于反應向正反應方向進行，可以提高燃煤煙氣SO₂中去除率，故D選，故選AD，
故答案為：2HSO₃^-+O₂=2SO₄^2-+2H⁺；A、D；
（2）采用方法II脫硫，方法II為：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再經(jīng)電解轉(zhuǎn)化為H₂SO₄，考慮H₂SO₃和H₂CO₃的酸性強弱為H₂SO₃＞H₂CO₃，則燃煤煙氣中的二氧化碳能否與生成的NaHSO₃溶液不能反應生成H₂SO₃，理由為：亞硫酸的酸性大于碳酸，
NaHSO₃溶液中含S元素粒子有：HSO₃^-，SO₃^2-，H₂SO₃，根據(jù)H₂SO₃的電離平衡常數(shù)：K₁=1.54×10^-2，K₂=1.02×10^-7，對于NaHSO₃溶液，SO₃^2-由反應：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-而來，該反應的平衡常數(shù)為K₂=1.02×10^-7，H₂SO₃由反應：HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-而來，該反應的平衡常數(shù)為K_b=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{1}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1.54×1{0}^{-2}}$=6.58×10^-13，通過平衡常數(shù)比較反應趨勢，無論是HSO₃^-水解還是電離，趨勢都比較小，所以含S粒子中，HSO₃^-的離子濃度最大，由K₂＞＞K_b，則HSO3-的電離趨勢比較大，則平衡時SO₃^2-的濃度大于H₂SO₃，綜上，NaHSO₃溶液中含S元素粒子濃度由大到小的順序為：c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），
根據(jù)電解裝置圖分析，A電極產(chǎn)生H₂，注意到A處NaHSO₃變成了Na₂SO₃，則可判斷H₂由H⁺得到電子而來，電解池中陰極反應為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應，則A為電解池的陰極，
B處陽極，電解池陽極的反應為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應，也產(chǎn)生氣體，則陽極的電子反應為：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，考慮到電解池中，陰離子向陽極移動，且裝置中存在陰離子交換膜，則陰極的HSO₃^-，SO₃^2-可以通過陰離子交換膜到達陽極經(jīng)過反應生成SO₄^2-，無疑隨著電解反應的進行，陽極的硫酸濃度會增大，則C處會排出較濃的硫酸，所以C為：較濃的硫酸，
若將陰離子交換膜換成陽子交換膜，陽極發(fā)生的反應為：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，考慮到電解池中陽離子向陰極移動，所以陽極產(chǎn)生的H⁺會通過陽離子交換膜向陰極移動，考慮到陽極是硫酸，電解反應寫成OH^-放電是不恰當?shù)模瑧獮?H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，
故答案為：不能，亞硫酸的酸性大于碳酸；c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）；陰極；較濃的硫酸溶液；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．

點評 本題考查電解原理，涉及到氧化還原反應方程式的書寫和配平，可逆反應的知識遷移，弱電解質(zhì)的電離平衡，粒子濃度大小的比較，電極反應式的書寫，根據(jù)溶液的介質(zhì)寫恰當?shù)碾姌O反應式，知識點均為重點和高頻考點，題目難度中等．