Question

3．隨著我國工業化水平的不斷發展，解決水、空氣污染問題成為重要課題．
（1）工業尾氣中含有大量的氮氧化物，NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術．反應原理如圖所示：

①由圖可知SCR技術中的氧化劑為NO、NO₂
②用Fe做催化劑加熱時，在氨氣足量的情況下，當 NO₂與NO的物質的量之比為1：1時，寫出該反應的化學方程式2NH₃+NO+NO₂$\frac{Fe}{△}$2N₂+3H₂O．
（2）工業廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-，會對人類及生態系統產生很大損害，電解法是處理鉻污染的常用方法．該法用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，電解時，在陰極上有大量氣泡生成，并產生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀．
①反應中lmol Cr₂O₇^2-完全生成Cr（OH）₃沉淀，外電路通過電子的物質的量為12mol．
②常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K_sp=10^-32，當Cr³⁺濃度小于10^-5mol•L^一1，時可認為完全沉淀，電解完全后，測得溶液的pH=6，則該溶液過濾后能（填“能”或“否”）直接排放．
（3）ClO₂氣體是一種常用的消毒劑，現在被廣泛的用于飲用水進行消毒．自來水廠用ClO₂處理后的水中，要求ClO₂的濃度在0.1～0.8mg•L^-1之間．碘量法可以檢測水中C10₂的濃度，步驟如下：
I．取一定體積的水樣用微量的氫氧化鈉溶液調至中性，然后加入一定量的碘化鉀，并加入淀粉溶液，溶液變藍；
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液（已知：2S₂O₃^2-+I₂=2S₄O₆^2-+2I^-）；
Ⅲ．加硫酸調節水樣pH至1.3．
已知：本題中C1O₂在中性條件下還原產物為ClO₃，在酸性條件下還原產物為C1^-．
請回答下列問題：
①確定操作II完全反應的現象藍色消失，半分鐘內不變色
②在操作III過程中，溶液又呈藍色，反應的離子方程式ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O
③若水樣的體積為1.0L，在操作II時消耗了1.0X 10^-3mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）①得電子，化合價降低的反應物是氧化劑；
②根據化合價升降總數相等、原子守恒來配平；
（2）①亞鐵離子會和Cr₂O₇^2-的酸性廢水反應，發生反應的離子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，結合電極方程式Fe-2e^-═Fe²⁺計算；
②根據溶度積計算；
（3）①加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發生反應2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-；
②由圖示表明，pH至1～3時，ClO₂^-將I^-氧化生成的I₂與淀粉結合再次出現藍色，根據化合價升降總數相等、原子守恒和電荷守恒來配平；
③根據關系式ClO₂～I^-～S₂O₃^2-先計算出ClO₂的物質的量，然后再計算出濃度．

解答 解：（1）①由圖甲可知SCR技術中NH₃與NO、NO₂反應產物為N₂和水，故氧化劑為NO、NO₂，
故答案為：NO、NO₂；
②NH₃中氮的化合價由-3價升高到0價，一個NH₃失去3個電子，NO₂中氮的化合價由+4價降低到0價，一個NO₂得到4個電子，NO中氮的化合價由+2價降低到0價，一個NO得到2個電子，當NO₂與NO的物質的量之比為1：1時，轉移電子的最小公倍數為6，結合質量守恒可知方程式為：2NH₃+NO+NO₂$\frac{Fe}{△}$2N₂+3H₂O，
故答案為：2NH₃+NO+NO₂$\frac{Fe}{△}$2N₂+3H₂O；
（2）①亞鐵離子會和Cr₂O₇^2-的酸性廢水反應，發生反應的離子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，陽極電極方程式Fe-2e^-═Fe²⁺，則
Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺～12mol電子，1mol Cr₂O₇^2-完全生成Cr（0H）₃沉淀，外電路通過電子的物質的量為12mol，
故答案為：12；
②溶液的pH=6，則c（OH^-）=10^-8mol•L^-1，則c³（OH^-）×c（Cr³⁺）=Ksp=10^-32，c（Cr³⁺）=10^-8mol•L^-1＜10^-5mol•L^-1，能直接排放，
故答案為：能；
（3）①加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發生反應為：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-，故藍色會消失，故答案為：藍色消失，半分鐘內不變色；
②由圖示表明，pH至1～3時，ClO₂^-將I^-氧化生成的I₂，ClO₂^-中氯的化合價由+3價降低到-1價，一個ClO₂^-得到4個電子，碘的化合價由-1價升高到0價，一個I^-失去1個電子，轉移電子的最小公倍數為4，結合質量守恒、電荷守恒可知離子方程式為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
故答案為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
③ClO₂ ～I^-～S₂O₃^2-
   1          1
1.0×10^-5mol   1.0×10^-3 mol/L×0.01L
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg
由于水樣的體積為1.0L，所以 ClO₂ 的濃度為$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1，
故答案為：0.675．

點評 本題主要考查了氧化還原反應、離子方程式式的書寫以及化學計算，難度中等，注意掌握實驗原理和電子得失配平的方法．