Question

工业生产中产生的废气、废液、废渣直接排放会造成污染，很多都经过吸收转化为化工产品。

I．利用电化学原理吸收工业生产中产生的SO₂、NO,同时获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的工艺流程图如图（Ce为铈元素）。

请回答下列问题:

（1）装置Ⅱ中NO在酸性条件下生成NO₂^-的离子方程式:                          。

（2）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺,其原理如下图所示：

右侧反应室中发生的主要电极反应式为                               。

（3）已知进入装置Ⅳ的溶液中NO₂^-的浓度为0.4 mol·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的体积为           L。

II.以电石渣[主要成分为Ca（OH）₂和CaCO₃]为原料制备KClO₃的流程如下：

（4）氯化过程控制电石渣过量，在75℃左右进行。氯化时存在Cl₂与Ca（OH）₂作用生成Ca（ClO）₂的反应，Ca（ClO）₂进一步转化为Ca（ClO₃）₂，少量Ca（ClO）₂ 分解为CaCl₂和O₂。提高Cl₂转化为Ca（ClO₃）₂的转化率的可行措施有           （填序号）。

A．适当减缓通入Cl₂速率     B．充分搅拌浆料    C．加水使Ca（OH）₂完全溶解

（5）氯化过程中Cl₂ 转化为Ca（ClO₃）₂的总反应方程式为

6Ca（OH）₂+6Cl₂===Ca（ClO₃）₂+5CaCl₂+6H₂O

氯化完成后过滤。滤渣的主要成分为             （填化学式）。

（6）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca（ClO₃）₂转化为KClO₃，若溶液中KClO₃的含量为100g▪L⁻¹，从该溶液中尽可能多地析出KClO₃固体的方法是            。

（7）工业上常用磷精矿[Ca₅（PO₄）₃F]和硫酸反应制备磷酸。已知25℃，101kPa时：

CaO（s）+H₂SO₄（l）=CaSO4（s）+H₂O（l）    △H=－271kJ/mol

5CaO（s）+H₃PO₄（l）+HF（g）=Ca₅（PO₄）₃F（s）+5H₂O（l）    △H=－937kJ/mol

则Ca₅（PO₄）₃F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是                        。

Answer

（1）NO+Ce4++H2O=NO2-+Ce3++2H+ ；

（2）2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O

（3）4.48×103；（4）AB；

（5）CaCO3、Ca（OH）2；

（6）蒸发浓缩、冷却结晶

（7）Ca5（PO4）3F （s）+ 5H2SO4（l）=5CaSO4（s） +H3PO4（l）+HF（g）△H=-418kJ/mol

【解析】

试题分析：I．装置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱氢氧化钠之间发生反应：SO2+OH-=HSO3-，NO和氢氧化钠之间不会反应，装置Ⅱ中NO在酸性条件下，NO和Ce4+之间会发生氧化还原反应：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，装置Ⅲ中，在电解槽的阳极2Ce3+-2e-=2Ce4+，阴极电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，装置Ⅳ中通入氨气、氧气，2NO2-+O2++2H++2NH3=2NH4++2NO3-。

（1）装置Ⅱ中NO在酸性条件下NO和Ce4+之间会发生氧化还原反应：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，故答案为：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+；

（2）生成Ce4+为氧化反应，发生在阳极上，因此再生时生成的Ce4+在电解槽的阳极，连接电源正极，反应物是HSO3-被还原成S2O42-，得到电子，电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，故答案为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O；

（3）NO2-的浓度为0.4mol/L，要使1m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，则失去电子数为：1000×（5-3）×0.4mol，设消耗标况下氧气的体积是V，根据电子守恒：×4=1000×（5-3）×0.4mol，解得V=4480L，故答案为：4480；

II.电石渣含有Ca（OH）2，加入水打浆，通入氯气，可生成Ca（ClO）2，Ca（ClO）2进一步转化为Ca（ClO3）2，过滤后在滤液中加入KCl转化生成KClO3，经蒸发浓缩、冷却结晶可得晶体KClO3。

（4）氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙、次氯酸钙和水，反应的化学方程式为2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O，提高Cl2转化为Ca（ClO3）2的转化率，可使氯气和氢氧化钙充分接触，可适当减缓通入Cl2速率、充分搅拌浆料，因氢氧化钙微溶于水，加水溶解的做法不可取，因浓度过低，对后续实验不利，故答案为：AB；

（5）发生6Ca（OH）2+6Cl2═Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O，生成的Ca（ClO3）2溶于水，CaCO3不溶于水，Ca（OH）2微溶，则滤渣中含有CaCO3、Ca（OH）2，故答案为：CaCO3、Ca（OH）2；

（6）该溶液中尽可能多地析出KClO3固体，应经蒸发浓缩、冷却结晶，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；

（7）已知25℃，101kPa时：①CaO（s）+H2SO4（l）═CaSO4（s）+H2O（l）△H=-271kJ/mol，②5CaO（s）+3H3PO4（l）+HF（g）═Ca5（PO4）3F（s）+5H2O（l）△H=-937kJ/mol，根据盖斯定律：①×5-②得Ca5（PO4）3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是Ca5（PO4）3F（s）+5H2SO4（l）=5CaSO4（s）+3H3PO4（l）+HF（g）△H=-418kJ/mol。

考点：考查了物质的制备、物质分离和提纯、盖斯定律的应用的相关知识。