Question

【題目】工業生產中產生的SO2、NO直接排放將對大氣造成嚴重污染。利用化學原理吸收SO2和NO，同時獲得Na2S2O4和NH4NO3產品的工藝流程圖如下(Ce為鈰元素)：

請回答下列問題：

（1）寫出裝置I中主要發生反應的離子方程式_______________________；

裝置Ⅱ中NO在酸性條件下生成NO3－的離子方程式______________________。

（2）含硫各微粒(H2SO3、HSO3－和SO32－)存在于SO2與NaOH溶液反應后的溶液中，它們的物質的量分數ω（縱坐標）與溶液pH（橫坐標）的關系如下圖所示：

①下列說法不正確的是__________（填標號）

A. 為獲得盡可能純的NaHSO3，應將溶液的pH控制在4～5為宜

B. pH=7時，溶液中：c(Na+)＜c(HSO3－)+c(SO32－)

C. pH=9時，溶液中：c(OH－)=c(H+)+c(HSO3－)+2c(H2SO3)

②由圖中數據，可以計算出H2SO3的第二級電離平衡常數K2約為_______

（3）向pH=5的NaHSO3溶液中滴加一定濃度的CaCl2溶液，溶液中出現渾濁，其pH降為2，結合化學平衡移動原理用有關的化學用語解釋溶液pH降低的原因______________。

（4）已知進入裝置Ⅳ的溶液中NO2－的濃度為0.4mol·L－1，要使1m3該溶液中的NO2－完全轉化為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

【答案】 SO2 + OH－=HSO3－ 3Ce4＋＋NO＋2H2O＝NO3－＋3Ce3＋＋4H＋ B 10－7 HSO3－SO32－+H+，加入CaCl2溶液，Ca2++SO32－= CaSO3↓，使平衡右移，c(H+)增大 4480

【解析】裝置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿氫氧化鈉反應：SO2+OH-=HSO3-，NO和氫氧化鈉之間不會反應，裝置Ⅱ中NO在酸性條件下，NO和Ce4+之間會發生氧化還原反應：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，裝置Ⅲ中，在電解槽的陽極2Ce3+-2e-=2Ce4+，陰極電極反應式為：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，裝置Ⅳ中通入氨氣、氧氣，2NO2-+O2+2H++2NH3=2NH4++2NO3-。

(1)根據上述分析，裝置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿氫氧化鈉反應：SO2+OH-=HSO3-；裝置Ⅱ中NO在酸性條件下生成NO3－的離子方程式為NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，故答案為：SO2+OH-=HSO3-；NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+；

(2)①A．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A正確；B．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(SO32-)+c(OH-)，故溶液中c(Na+)=c(HSO3-)+2c(SO32-)，故B錯誤；C．溶液存在質子守恒，應為c(OH-)=c(H+)+c(HSO3-)+2c(H2SO3)，故C正確；故答案為： B；

②HSO3-SO32-+H+，由圖中數據，pH=7時，c(HSO3- )=c(SO32- )，由Ka的表達式可知，H2SO3的第二級電離平衡常數K2≈c(H+)=10-7，故答案為：10-7；

(3)NaHSO3溶液中HSO3-的電離大于水解，HSO3- SO32-+H+，溶液顯示酸性，加入CaCl2溶液后，Ca2++SO32-=CaSO3↓，使電離平衡右移，故答案為：HSO3-在溶液中存在電離平衡：HSO3- SO32-+H+，加CaCl2溶液后，Ca2++SO32-=CaSO3↓使電離平衡右移，c(H+)增大；

(4)NO2-的濃度為0.4mol/L，要使1m3該溶液中的NO2-完全轉化為NH4NO3，則失去電子數為：1000×(5-3)×0.4mol，設消耗標況下氧氣的體積是V，根據電子守恒： ×4=1000×(5-3)×0.4mol，解得V=4480L，故答案為：4480。