Question

【題目】“煙氣脫硫”是環(huán)境治理的重要工程，兩種常見脫硫方法如下。回答相關(guān)問題：

方法I：用亞硫酸鹽吸收煙氣中的SO2。已知吸收過程中含硫組分物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溶液pH的變化關(guān)系如圖所示。

(1)若選用 (NH4)2SO3作為吸收液(已知NH3·H2O 的電離常數(shù)Kb=1.74×10-5)：

①H2SO3的pKa1=________( pKa1 = -lgKa1)；

②(NH4)2SO3溶液呈________(填“酸性”、“堿性”或“中性”)，理由是________________；

③圖中b點(diǎn)溶液中n(HSO3- ) : n(NH4+) =_________。

(2)若選用0.1mol/L 的Na2SO3作為吸收液，吸收過程中，下列有關(guān)粒子濃度關(guān)系一定正確的是(忽略溶液體積的變化)_________。

A.Na2SO3溶液中存在：c(Na+)>c(SO32-)>c(H2SO3)>c(HSO3-)

B.NaHSO3溶液中存在：c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H2SO3)

C.當(dāng)吸收液呈中性時(shí)：2c(SO32-)+c(HSO3-)=0.2mol/L

D.當(dāng)吸收液呈酸性時(shí)：c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)

方法II：用含鉻廢水吸收煙氣中的SO2。吸收原理如圖所示：

(3)“吸收”中反應(yīng)的離子方程式為____________________

(4)欲使廢水中的鉻元素完全轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀，應(yīng)調(diào)節(jié)pH的范圍為____。(常溫下Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32)

Answer 1

【答案】1.85 堿性 SO32-的水解程度大于NH4+的水解程度 1:3 BC 3SO2+Cr2O72－+2H+ ＝2Cr3++3SO42-+H2O ≥5

【解析】

(1)①H2SO3的第一步電離平衡常數(shù)Ka1=，據(jù)此結(jié)合圖像計(jì)算；

②(NH4)2SO3溶液中存在銨根的水解和亞硫酸根的水解，若銨根水解程度大則顯酸性，若亞硫酸根水解程度大則顯堿性；

③結(jié)合電荷守恒和圖像進(jìn)行判斷；

(2)A.Na2SO3作為吸收液，溶液中存在第一步水解：，第二步水解：，且一步水解程度遠(yuǎn)大于第二步水解；

B.NaHSO3溶液中存在電離平衡：，和水解平衡：，據(jù)此進(jìn)行分析；

C.根據(jù)電荷守恒進(jìn)行分析；

D.根據(jù)電荷守恒進(jìn)行分析；

(3)根據(jù)產(chǎn)物可知該過程中Cr2O72－被還原成Cr3+，二氧化硫做還原劑；

(4)當(dāng)離子濃度，可認(rèn)為該離子完全沉淀；然后根據(jù)Ksp[Cr(OH)3]=c(Cr3+)·c3(OH-)進(jìn)行計(jì)算；

(1)①Ka1=，根據(jù)圖像可知當(dāng)pH=1.85時(shí)，n(HSO3- ) =n(H2SO3)，也即c(HSO3- ) =c(H2SO3)，所以Ka1=10-1.85，則pKa1=1.85，故答案為：1.85；

②NH3·H2O 的電離常數(shù)Kb=1.74×10-5，則銨根的水解平衡常數(shù)為，亞硫酸根的水解平衡常數(shù)根據(jù)圖像可知當(dāng)pH=7時(shí)，n(HSO3-)=n(SO32-)，即c(HSO3-)=c(SO32-)，所以亞硫酸根的水解平衡常數(shù)為1×10-7，大于銨根的水解平衡常數(shù)，所以亞硫酸根的水解程度大，溶液顯堿性，故答案為：堿性；SO32-的水解程度大于NH4+的水解程度；

③b點(diǎn)溶液呈中性，即c(H+)=c(OH-)，同時(shí)溶液中存在電荷守恒2c(SO32-)+c(HSO3-)+ c(OH-)= c(NH4+)+ c(H+)，則有2c(SO32-)+c(HSO3-)= c(NH4+)，根據(jù)圖像可知該點(diǎn)c(HSO3-)=c(SO32-)，所以有3c(HSO3-)= c(NH4+)，所以n(HSO3- ) : n(NH4+) =1:3；

(2)A.根據(jù)分析可知，在吸收二氧化硫之前，H2SO3是水解產(chǎn)生的，且為更為微弱的第二步水解產(chǎn)生，所以此時(shí)c(HSO3-)>c(H2SO3)，故A錯(cuò)誤；

B.NaHSO3溶液中存在硫酸氫根的電離和水解，根據(jù)圖像可知硫酸氫鈉水溶液顯酸性即電離大于水解，所以c(SO32-)>c(H2SO3)，溶液中存在c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H2SO3)，故B正確；

C.吸收至中性時(shí)存在電荷守恒2c(SO32-)+c(HSO3-)+ c(OH-)= c(Na+)+ c(H+)，且此時(shí)c(H+)=c(OH-)，所以有2c(SO32-)+c(HSO3-)=c(Na+)=0.2mol/L，故C正確；

D.當(dāng)吸收溶液呈酸性時(shí)，溶液中有電荷守恒：2c(SO32-)+c(HSO3-)+ c(OH-)= c(Na+)+ c(H+)，溶液顯酸性則c(H+)<c(OH-)，所以2c(SO32-)+c(HSO3-)>c(Na+)，根據(jù)圖像可知當(dāng)溶液呈酸性時(shí)c(H2SO3)> c(SO32-)是，所以c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)> c(Na+)，故D錯(cuò)誤；

故答案為：BC；

(3)根據(jù)產(chǎn)物可知該過程中Cr2O72－被還原成Cr3+，二氧化硫做還原劑被氧化成硫酸根，根據(jù)電子守恒和元素守恒可得方程式為：3SO2+Cr2O72－+2H+ ＝2Cr3++3SO42-+H2O；故答案為：3SO2+Cr2O72－+2H+ ＝2Cr3++3SO42-+H2O；

(4)設(shè)鉻元素完全轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀時(shí)溶液中的c(OH-)=amol/L，Ksp[Cr(OH)3]=c(Cr3+)·c3(OH-)=1×10-5×a3=1.0×10-32，解得a=1.0×10-9 amol/L，此時(shí)pH值為5，所以欲使廢水中的鉻元素完全轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀，應(yīng)調(diào)節(jié)pH的范圍為≥5，故答案為：≥5。