Question

SO₂、NO是大氣污染物．吸收SO₂ 和NO，獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產品的流程圖如下（Ce為鈰元素）：

（1）裝置Ⅰ中生成HSO₃^-的離子方程式為

 

．
（2）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-）存在于SO₂與NaOH溶液反應后的溶液中，它們的物質的量分數X（i）與溶液pH 的關系如圖1所示．

①下列說法正確的是

 

（填字母序號）．
a．pH=8時，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-）
b．pH=7時，溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）
c．為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右
②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，pH降為2，用化學平衡移動原理解釋溶液pH降低的原因：

 

．
（3）裝置Ⅱ中，酸性條件下，NO被Ce⁴⁺氧化的產物主要是NO₃^-、NO₂^-，寫出生成NO₃^-的離子方程式

 

．
（4）裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如圖2所示．
①生成Ce⁴⁺的電極反應式為

 

．
②生成Ce⁴⁺從電解槽的

 

（填字母序號）口流出．
（5）已知進入裝置Ⅳ的溶液中，NO₂^-的濃度為a g?L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉化為NH₄NO₃，需至少向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的O₂

 

L．（用含a代數式表示，計算結果保留整數）

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,原電池和電解池的工作原理,離子濃度大小的比較

專題：實驗設計題,基本概念與基本理論

分析：（1）二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿之間發生反應；
（2）①當溶液的pH=8時，根據圖示得到溶液是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，根據離子濃度大小比較的方法來回答；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，溶液顯示酸性，根據平衡移動原理來回答；
（3）在酸性環境下，NO和Ce⁴⁺之間會發生氧化還原反應；
（4）在電解池中，陽極上發失去電子的氧化反應，陰極上發生得電子的還原反應；
（5）根據氧化還原反應中電子守恒來計算．

解答： 解：（1）二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿氫氧化鈉之間發生反應：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氫氧化鈉之間不會反應，故答案為：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
（2）①a、當溶液的pH=8時，根據圖示得到溶液是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，離子濃度大小順序是：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-），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（SO₃^2-）+c（OH^-），故溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），故b錯誤；
c．圖象可知，為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右．故c正確；
故答案為：ac；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，溶液顯示酸性，加入CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，
故答案為：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，c（H⁺）增大；
（3）在酸性環境下，NO和Ce⁴⁺之間會發生氧化還原反應：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，故答案為：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（4）①電解池的陰極發生得電子的還原反應，電極反應式為：2HSO₃^-+4H⁺+4e-=S₂O₃^2-+3H₂O，陽極電極反應為：Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺，故答案為：Ce³⁺-e^-═Ce⁴⁺；
②在電解池中，陽極上是Ce³⁺失電子成為Ce⁴⁺的過程，所以生成Ce⁴⁺從電解槽的陽極上極a極流出，故答案為：a；
（5）NO₂^-的濃度為a g?L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉化為NH₄NO₃，則失去電子數目是：

1000a

46

，設消耗標況下氧氣的體積是V，則失電子數目是：

V

22.4

，根據電子守恒：

1000a

46

=

V

22.4

，解得V=243a，故答案為：243a．

點評：本題綜合考查學生含氮元素、含硫元素物質的性質知識，注意知識的梳理和歸納是關鍵，難度中等．