Question

【题目】工业生产中产生的SO2、NO直接排放将对大气造成严重污染。利用化学原理吸收SO2和NO，同时获得Na2S2O4和NH4NO3产品的工艺流程图如下(Ce为铈元素)：

请回答下列问题：

（1）写出装置I中主要发生反应的离子方程式_______________________；

装置Ⅱ中NO在酸性条件下生成NO3－的离子方程式______________________。

（2）含硫各微粒(H2SO3、HSO3－和SO32－)存在于SO2与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数ω（纵坐标）与溶液pH（横坐标）的关系如下图所示：

①下列说法不正确的是__________（填标号）

A. 为获得尽可能纯的NaHSO3，应将溶液的pH控制在4～5为宜

B. pH=7时，溶液中：c(Na+)＜c(HSO3－)+c(SO32－)

C. pH=9时，溶液中：c(OH－)=c(H+)+c(HSO3－)+2c(H2SO3)

②由图中数据，可以计算出H2SO3的第二级电离平衡常数K2约为_______

（3）向pH=5的NaHSO3溶液中滴加一定浓度的CaCl2溶液，溶液中出现浑浊，其pH降为2，结合化学平衡移动原理用有关的化学用语解释溶液pH降低的原因______________。

（4）已知进入装置Ⅳ的溶液中NO2－的浓度为0.4mol·L－1，要使1m3该溶液中的NO2－完全转化为NH4NO3，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O2的体积为__________L。

Answer 1

【答案】 SO2 + OH－=HSO3－ 3Ce4＋＋NO＋2H2O＝NO3－＋3Ce3＋＋4H＋ B 10－7 HSO3－SO32－+H+，加入CaCl2溶液，Ca2++SO32－= CaSO3↓，使平衡右移，c(H+)增大 4480

【解析】装置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱氢氧化钠反应：SO2+OH-=HSO3-，NO和氢氧化钠之间不会反应，装置Ⅱ中NO在酸性条件下，NO和Ce4+之间会发生氧化还原反应：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，装置Ⅲ中，在电解槽的阳极2Ce3+-2e-=2Ce4+，阴极电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，装置Ⅳ中通入氨气、氧气，2NO2-+O2+2H++2NH3=2NH4++2NO3-。

(1)根据上述分析，装置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱氢氧化钠反应：SO2+OH-=HSO3-；装置Ⅱ中NO在酸性条件下生成NO3－的离子方程式为NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，故答案为：SO2+OH-=HSO3-；NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+；

(2)①A．溶液的pH控制在4～5时，c(HSO3- )浓度最大，则为获得尽可能纯的NaHSO3，可将溶液的pH控制在4～5左右，故A正确；B．pH=7时，溶液呈中性，c(H+)=c(OH-)，溶液中存在电荷守恒：c(H+)+c(Na+)=c(HSO3-)+2c(SO32-)+c(OH-)，故溶液中c(Na+)=c(HSO3-)+2c(SO32-)，故B错误；C．溶液存在质子守恒，应为c(OH-)=c(H+)+c(HSO3-)+2c(H2SO3)，故C正确；故答案为： B；

②HSO3-SO32-+H+，由图中数据，pH=7时，c(HSO3- )=c(SO32- )，由Ka的表达式可知，H2SO3的第二级电离平衡常数K2≈c(H+)=10-7，故答案为：10-7；

(3)NaHSO3溶液中HSO3-的电离大于水解，HSO3- SO32-+H+，溶液显示酸性，加入CaCl2溶液后，Ca2++SO32-=CaSO3↓，使电离平衡右移，故答案为：HSO3-在溶液中存在电离平衡：HSO3- SO32-+H+，加CaCl2溶液后，Ca2++SO32-=CaSO3↓使电离平衡右移，c(H+)增大；

(4)NO2-的浓度为0.4mol/L，要使1m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，则失去电子数为：1000×(5-3)×0.4mol，设消耗标况下氧气的体积是V，根据电子守恒： ×4=1000×(5-3)×0.4mol，解得V=4480L，故答案为：4480。