Question

2014年初，霧覆天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)．加強(qiáng)汽車尾氣排放監(jiān)測(cè)和燃煤企業(yè)的治理對(duì)于減少霧霾具有重要的意義．

（1）利用原電池工作原理測(cè)定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖1所示．該電池中電解質(zhì)為熔融碳酸鹽，CO₃^2-在固體介質(zhì)中可以自由移動(dòng)，氣體A為

 

，正極發(fā)生的電極反應(yīng)式

 

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（2）某化學(xué)興趣小組用如圖所示流程，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為V L的燃煤煙氣中SO₂的含量：

 

．

尾氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為

 

（用含有V、m的代數(shù)式表示）．
（3）已知常溫下弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)如下

NH3?H2O	Kb=1.8×10-5mol?L-1
H2SO3	Ka1=1.2×10-2mol?L-1  Ka2=1.3×10-8mol?L-1

①若用氨水吸收工業(yè)廢氣中的SO₂，當(dāng)吸收液失去吸收能力時(shí)，則此時(shí)溶液呈

 

性（填“酸”“堿”或“中”）．
②在通入廢氣的過(guò)程中，水的電離程度如何變化．當(dāng)恰好形成正鹽時(shí)，溶液中離子濃度的大小關(guān)系為

 

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③可通過(guò)電解法使吸收液再生而循環(huán)利用（電極均為石墨電極），并生成化工原料硫酸．其工作示意圖見(jiàn)圖2，試寫出生成硫酸的電極反應(yīng)式

 

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Answer 1

考點(diǎn)：常見(jiàn)的生活環(huán)境的污染及治理,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）由題意知多空電極a為負(fù)極，CO在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，多空電極b為正極，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）mg是硫酸鋇的質(zhì)量，計(jì)算硫酸鋇的物質(zhì)的量，根據(jù)硫元素守恒計(jì)算二氧化硫的體積，進(jìn)而計(jì)算二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)；
（3）①當(dāng)吸收液失去吸收能力，生成亞硫酸氫銨，根據(jù)電離常數(shù)的大小可以確定亞硫酸氫銨溶液的酸堿性；
②正鹽為亞硫酸銨，根據(jù)K_b＞K_a2判斷亞硫酸銨溶液的酸堿性及離子濃度的大��；
③由圖2可知，硫酸從陽(yáng)極產(chǎn)生，陰離子交換膜允許陰離子通過(guò)，因此為亞硫酸根離子移動(dòng)陽(yáng)極放電產(chǎn)生硫酸根離子．

解答： 解：（1）在此原電池中，CO充入負(fù)極區(qū)，CO失電子在熔融態(tài)碳酸鹽中生成二氧化碳，氧氣充入正極區(qū)，得電子與二氧化碳生成碳酸根，
故答案為：CO₂；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（2）mg是硫酸鋇的質(zhì)量，硫酸鋇的物質(zhì)的量為

mg

233g/mol

=

m

233

mol，根據(jù)硫元素守恒可知二氧化硫的體積為=

m

233

mol×22.4L/mol=

22.4m

233

L，故尾氣中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為

22.4m 233

V

×100%，
故答案為：

22.4m

233V

×100%；
（3）①由于K_a1＞K_b＞K_a2，亞硫酸銨溶液水解呈堿性，亞硫酸氫銨溶液水解呈酸性，所以若用氨水吸收工業(yè)廢氣中的SO₂，當(dāng)吸收液失去吸收能力時(shí)所得到的溶液為亞硫酸氫銨溶液，所以顯酸性，答案為：酸；
②氨水中水的電離受到抑制，吸收二氧化硫過(guò)程中，堿性逐漸減弱，水的電離程度增強(qiáng)，最后生成正鹽亞硫酸銨，鹽類的水解促進(jìn)水的電離，因此水的電離程度逐漸增大；正鹽為亞硫酸銨，在亞硫酸銨溶液中，由于K_b＞K_a2，故亞硫酸根離子水解程度大于銨根離子，因此c（NH₄⁺）＞c（SO₃^2-）、c（OH^-）＞c（H⁺），由亞硫酸根離子的兩步水解可知c（OH^-）＞c（HSO₃^-），堿性溶液c（H⁺）最��；氨水中水的電離受到抑制，吸收二氧化硫過(guò)程中，堿性逐漸減弱，水的電離程度增強(qiáng)，生成正鹽亞硫酸銨時(shí)，水解促進(jìn)水的電離，因此水的電離程度逐漸增大，
故答案為：水的電離程度逐漸增大；c（NH₄⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）；
③有圖可知，硫酸從陽(yáng)極產(chǎn)生，因此可以推斷亞硫酸根離子通過(guò)陰離子交換膜移到陽(yáng)極放電，根據(jù)原子守恒可知：反應(yīng)物中還要有水參加，故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題是運(yùn)用原電池原理和電解池原理去解題的綜合性大題，也是電化學(xué)考查的核心知識(shí)點(diǎn)，涉及根據(jù)電力平衡常數(shù)判斷水解程度的大小是難點(diǎn)．