Question

11．汽車尾氣中CO、NOx 以及燃煤廢棄中的SO₂都是大氣污染物，對它們的治理具有重要意義．吸收SO₂和NO，獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產(chǎn)品的流程圖如圖1（Ce為鈰元素）：

（1）裝置Ⅰ中，NaOH溶液吸收SO₂也可生成Na₂SO₃和NaHSO₃的混合溶液
①寫出NaOH溶液吸收SO₂生成等物質(zhì)的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液時總反應(yīng)的離子方程式2SO₂+3OH^-=HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O
②已知混合液pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關(guān)系如表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

當(dāng)混合液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1時，c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）（填“＞”“=”或“＜”）
（2）裝置Ⅱ中，酸性條件下，NO被Ce⁴⁺氧化的產(chǎn)物主要是NO₃^-、NO₂^-，寫出只生成NO₂^-的離子方程式NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺
（3）裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如圖所示．

①生成的Ce⁴⁺從電解槽的a（填字母序號）口流出；
②生成S2O₄^2-的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）已知進(jìn)入裝置Ⅳ的溶液中，NO₂^-的濃度為a g•L^-1，要使1m3該溶液中的NO2-完全轉(zhuǎn)化為NO₃^-，至少需向裝置Ⅳ中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O₂$\frac{5600a}{23}$ L．（用含a代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）①NaOH溶液吸收SO₂生成等物質(zhì)的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液時，由原子守恒可知NaOH與二氧化硫的物質(zhì)的量比為3：2；
②當(dāng)混合液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1時，由表格中pH=7.2可知，溶液為堿性，結(jié)合電荷守恒分析；
（2）NO被氧化為硝酸根，Ce⁴⁺被還原為Ce³⁺，酸性環(huán)境，缺氧補水，缺氫補氫離子完成方程式；
（3）①生成Ce⁴⁺為氧化反應(yīng)，發(fā)生在陽極上，連接電源正極，因此從a口流出；
②反應(yīng)物是HSO₃^-被還原成S₂O₄^2-，得到電子；
（4）NO₂^-的濃度為a g•L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，則失去電子數(shù)目是：1000×（5-3）a/46，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，則得電子數(shù)目是：V÷22.4×2×（2-0），根據(jù)電子守恒進(jìn)行計算．

解答 解：（1）①NaOH溶液吸收SO₂生成等物質(zhì)的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液時，由原子守恒可知NaOH與二氧化硫的物質(zhì)的量比為3：2，離子反應(yīng)為2SO₂+3OH^-=HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O，
故答案為：2SO₂+3OH^-=HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O；
②當(dāng)混合液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1時，由表格中pH=7.2可知，溶液為堿性，c（OH^-）＞c（H⁺），由電荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），則（Na⁺）＞c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），故答案為：＞；
（2）NO被氧化為硝酸根，Ce⁴⁺被還原為Ce³⁺，酸性環(huán)境，缺氧補水，缺氫補氫離子，所以離子方程式為NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
故答案為：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（3）①生成Ce⁴⁺為氧化反應(yīng)，發(fā)生在陽極上，連接電源正極，因此從a口流出，故答案為：a；
②反應(yīng)物是HSO₃^-被還原成S₂O₄^2-，得到電子，電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案為：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）NO₂^-的濃度為a g•L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，則失去電子為$\frac{1000a×（5-3）}{46}$
mol，設(shè)消耗標(biāo)況下氧氣的體積是V，則得電子為$\frac{V}{22.4}$mol×2×（2-0），根據(jù)電子守恒可知$\frac{1000a×（5-3）}{46}$=$\frac{V}{22.4}$mol×2×（2-0），解得V=$\frac{5600a}{23}$L，故答案為：$\frac{5600a}{23}$．

點評 本題考查較綜合，涉及離子濃度比較、離子反應(yīng)及電化學(xué)、氧化還原反應(yīng)計算等，注重高頻考點的考查，綜合考查化學(xué)反應(yīng)原理，把握習(xí)題中的信息守恒法應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，注意知識的遷移應(yīng)用，題目難度中等．