Question

（16分）雾霾含有大量的污染物SO₂、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

（1）装置Ⅰ中的主要离子方程式为                                      。

（2）含硫各微粒(H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－)存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X(i)与溶液pH的关系如图所示。

①若是0.1molNaOH反应后的溶液，测得溶液的pH＝8时，溶液中各离子浓度由大到小的顺序是                          。

②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：                        。

（3）写出装置Ⅱ中，酸性条件下反应的离子方程    式               ，               。

（4）装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如图所示。①生成Ce⁴⁺从电解槽的    (填字母序号)口流出。②写出阴极的反应式                      。

（5）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^－的浓度为a g·L^-1，要使1 m³该溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂               L。(用含a代数式表示，计算结果保留整数)

Answer

(1)SO2+OH-=HSO3-

（2）①c(Na+)>c(SO32-)>c(HSO3-)>c(OH-)>c(H+)；②因为亚硫酸氢根离子存在电离平衡HSO3- H++ SO32-，加入氯化钙后，Ca2++ SO32-= CaSO3↓，使平衡正向移动，氢离子浓度增大，pH减小；

（3）NO+3Ce4++2H2O=NO3-+ 3Ce3++4 H+, NO+Ce4++H2O=NO2-+ Ce3++2 H+；

（4）a；2HSO3-+2e-+2H+= S2O42-+2H2O;

（5）243a或5600a/23

【解析】

试题分析：（1）根据流程图可知，二氧化硫与NO的混合气体与氢氧化钠溶液反应主要生成亚硫酸氢钠，所以装置Ⅰ中的主要离子方程式为SO2+OH-=HSO3-；

（2）①由图可知，pH=8时溶液中主要的阴离子是亚硫酸根离子，说明二氧化硫与氢氧化钠溶液反应主要生成亚硫酸钠，其次还有少量的亚硫酸氢钠，则溶液中离子浓度的大小关系是c(Na+)>c(SO32-)>c(HSO3-)>c(OH-)>c(H+)；

②向pH=5的NaHSO3溶液中滴加一定浓度的CaCl2溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，溶液的酸性增强，因为亚硫酸氢根离子存在电离平衡HSO3- H++ SO32-，钙离子与亚硫酸根离子结合为亚硫酸钙沉淀，促进亚硫酸氢根离子的电离,氢离子浓度增大，pH减小；

（3）装置II是Ce4+与NO的反应，将NO氧化为硝酸根离子和亚硝酸根离子，自身被还原为Ce3+，离子方程式是NO+3Ce4++2H2O=NO3-+ 3Ce3++4 H+, NO+Ce4++H2O=NO2-+ Ce3++2 H+；

（4）装置Ⅲ还可以使Ce4+再生，则Ce3+被氧化为Ce4+，阳极发生氧化反应，所以Ce4+从电解槽的a口流出；阴极发生还原反应，根据流程图可知，HSO3-得到电子生成S2O42-，则电极反应式是2HSO3-+2e-+2H+= S2O42-+2H2O;

（5）NO2-与氨气、氧气反应生成硝酸铵，则N元素被氧化，化合价从+3价升高到+5价，1m3的溶液中的NO2－的物质的量是1000L×ag/L/46g/mol=1000a/46mol，失去电子的物质的量是1000a/46×2mol=，根据得失电子守恒，则需要氧气在标准状况下的体积是1000a/23mol/4×22.4L/mol=5600a/23L。

考点：考查电解质溶液中离子浓度的关系，对流程的分析，氧化还原反应的分析判断