Question

15．利用工業尾氣SO₂和NO可獲得Na₂S₂O₄（連二亞硫酸鈉）和NH₄NO₃，其工藝流程圖如下（Ce為鈰元素）：

已知：（Ⅰ）裝置Ⅱ中主要反應的化學方程式為：
①2NO+2Ce（SO₄）₂+2H₂O═Ce₂（SO₄）₃+2HNO₂+H₂DO₄
②2NO+6Ce（SO₄）₂+4H₂O═3Ce₂（SO₄）₃+2HNO₃+3H₂SO₄
（Ⅱ）裝置Ⅲ中主要反應的化學方程式為：
H₂SO₄+Ce₂（SO₄）₃+2NaHSO₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Ce（SO₄）₂+Na₂S₂O₄+2H₂O
（1）寫出裝置I中反應的化學方程式：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
（2）用雙線橋法表示裝置Ⅱ中反應②的電子轉移情況：．
（3）根據已知信息和流程圖可知可以循環使用的物質是Ce⁴⁺，該流程不但可以變廢為寶，還可以減緩的環境問題是減少酸雨的形成（寫一種）．
（4）裝置Ⅲ中氧化劑與還原劑的物質的量之比為2：1．
（5）每生產16tHN₄NO₃產品，至少需要標準狀況下4.48×10⁶LNH₃．

Answer 1

分析 （1）NO與氫氧化鈉溶液不反應，SO₂是酸性氧化物，能與氫氧化鈉溶液反應生成亞硫酸鈉和水；
（2）在②2NO+6Ce（SO₄）₂+4H₂O═3Ce₂（SO₄）₃+2HNO₃+3H₂SO₄中，N元素由+2升高到+5價，Ce元素由+4降低到+3價；（3）由流程圖可知，裝置Ⅱ加入Ce⁴⁺，裝置Ⅲ產生Ce⁴⁺；根據SO₂對大氣的危害分析回答；
（4）該反應中，Ce₂（SO₄）₃→Ce（SO₄）₂，Ce元素由+升高到+4價，Ce₂（SO₄）₃是還原劑，NaHSO₃→Na₂S₂O₄，S元素由+4降低為+3，NaHSO₃是氧化劑；
（5）根據NH₃+HNO₃=NH₄NO₃結合n=$\frac{m}{M}$、V=n•V_m計算．

解答 解：（1）NO與氫氧化鈉溶液不反應，SO₂是酸性氧化物，能與氫氧化鈉溶液反應生成亞硫酸鈉和水，化學方程式為SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O，
故答案為：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（2）在②2NO+6Ce（SO₄）₂+4H₂O═3Ce₂（SO₄）₃+2HNO₃+3H₂SO₄中，N元素由+2升高到+5價，Ce元素由+4降低到+3價，用雙線橋表示轉移電子情況為，
故答案為：；
（3）由流程圖可知，裝置Ⅱ加入Ce⁴⁺，裝置Ⅲ產生Ce⁴⁺，可以循環使用；NO有毒，可對大氣造成污染，而SO₂對大氣造成污染，可導致酸雨的形成，
故答案為：Ce⁴⁺；減少酸雨的形成；
（4）該反應中，Ce₂（SO₄）₃→Ce（SO₄）₂，Ce元素由+升高到+4價，Ce₂（SO₄）₃是還原劑，NaHSO₃→Na₂S₂O₄，S元素由+4降低為+3，NaHSO₃是氧化劑，因此氧化劑與還原劑的物質的量之比為2：1，
故答案為：2：1；
（5）每生產16tHN₄NO₃產品，至少需要氨氣的質量為xt，則

NH₃+HNO₃=NH₄NO₃
17        80
xt        16t
$\frac{17}{80}=\frac{x}{16}$，解得x=3.4，
氨氣的物質的量n=$\frac{3.4×1{0}^{6}g}{17g/mol}$=2×10⁵mol，標準狀況下V=n•V_m=2×10⁵mol×22.4L/mol=4.48×10⁶L，
故答案為：4.48×10⁶．

點評 本題考查了無機化工生產流程圖，為高頻考點，涉及氧化還原反應、計算、電化學等知識，綜合性強，側重分析、計算能力的考查，題目難度中等．