Question

2．霧霾含有大量的污染物SO₂、NO．工業上變廢為寶利用工業尾氣獲得NH₄NO₃產品的流程圖如下：（Ce為鈰元素）

（1）上述流程中循環使用的物質有Ce⁴⁺、CO₂．
（2）上述合成路線中用到15%～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂），其水溶液具有弱堿性，顯堿性的原因：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-，寫出乙醇胺吸收CO₂的化學方程式HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂=HOCH₂CH₂NH₄HCO₃．
（3）寫出吸收池Ⅲ中，酸性條件下NO轉化為NO₂^-的離子方程式為NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺．
（4）向吸收池Ⅳ得到的HSO₃^-溶液中滴加少量CaCl₂溶液，出現渾濁，pH降低，用平衡移動原理解釋溶液pH降低的原因：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．
（5）電解池Ⅴ可使Ce⁴⁺再生，裝置如圖所示：

生成Ce⁴⁺從a口（填字母）流出，寫出陰極的電極反應式2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O：
（6）從氧化池Ⅵ中得到粗產品NH₄NO₃的實驗操作是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等．上述流程中每一步均恰好完全反應，若制得NH₄NO₃質量為xkg，電解池V制得cmol/L的S₂O₃^2-溶液ym³，則氧化池Ⅵ中消耗的O₂在標準狀況下的體積為22.4ycm³．

Answer 1

分析 由流程可知，吸收池I中發生SO₂+OH^-=HSO₃^-、CO₂+OH^-=HCO₃^-，NO不反應，吸收池Ⅲ中，酸性條件下NO轉化為NO₂^-，發生NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，吸收池Ⅳ中NaHSO₃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，電解池Ⅴ可使Ce⁴⁺再生，Ce失去電子在陽極得到，陰極上發生2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O，氧化池Ⅵ中得到粗產品NH₄NO₃，NO₂^-完全轉化為NH₄NO₃，電解池V中S得到電子，氧化池Ⅵ中氧得到電子，結合電子守恒計算．

解答 解：由流程可知，吸收池I中發生SO₂+OH^-=HSO₃^-、CO₂+OH^-=HCO₃^-，NO不反應，吸收池Ⅲ中，酸性條件下NO轉化為NO₂^-，發生NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，吸收池Ⅳ中NaHSO₃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，電解池Ⅴ可使Ce⁴⁺再生，Ce失去電子在陽極得到，陰極上發生2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O，氧化池Ⅵ中得到粗產品NH₄NO₃，
（1）由上述分析可知，可循環利用，且流程中CO₂回收應用，故答案為：Ce⁴⁺、CO₂；
（2）乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂），其水溶液具有弱堿性，顯堿性的原因：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-，乙醇胺吸收CO₂的化學方程式為HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂=HOCH₂CH₂NH₄HCO₃，
故答案為：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂=HOCH₂CH₂NH₄HCO₃；
（3）吸收池Ⅲ中，酸性條件下NO轉化為NO₂^-的離子方程式為NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，故答案為：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（4）NaHSO₃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；
（5）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，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，
故答案為：a；2HSO₃^-+4H⁺+4e^-=S₂O₃^2-+3H₂O；
（6）從氧化池Ⅵ中得到粗產品NH₄NO₃的實驗操作是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等．上述流程中每一步均恰好完全反應，若制得NH₄NO₃質量為xkg，電解池V制得cmol/L的S₂O₃^2-溶液ym³，由電子守恒可知，則氧化池Ⅵ中消耗的O₂在標準狀況下的體積為$\frac{y×1{0}^{3}×cmol×2×（4-2）}{2×（2-0）}$mol×22.4L/mol×10^-3m³/L=22.4ycm³，
故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶；22.4yc．

點評 本題考查混合物分離提純，為高頻考點，把握流程中的反應及混合物分離方法選擇為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，綜合性較強，題目難度較大．