工业生产中产生的SO2、NO直接排放将对大气造成严重污染，利用电化学原理吸收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）装置Ⅱ中NO在酸性

Question

工业生产中产生的SO₂、NO直接排放将对大气造成严重污染，利用电化学原理吸收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）装置Ⅱ中NO在酸性条件下生成NO₂^-的离子方程式___．
（2）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-）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与溶液pH的关系如图1所示．

①下列说法正确的是___（填标号）．
A．pH=7时，溶液中c（　Na⁺）<c　（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）
B．由图中数据，可以估算出H₂SO₃的第二级电离平衡常数Ka₂≈10^-7
C．为获得尽可能纯的　NaHSO₃，应将溶液的pH控制在　4～5为宜
D．pH=9时的溶液中c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₄^-）+c（H₂SO₄）
②若1L1mol/L的NaOH溶液完全吸收13.44L（标况下）SO₂，则反应的离子方程式为___．
③取装置Ⅰ中的吸收液vmL，用cmol/L的酸性高锰酸钾溶液滴定．酸性高锰酸钾溶液应装在___（填“酸式”或“碱式”）滴定管中，判断滴定终点的方法是___．
（3）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如图2所示．
图中A为电源的___（填“正”或“负”）极．右侧反应室中发生的主要电极反应式为___．
（4）已知进人装置Ⅳ的溶液中NO₂^-的浓度为　0.4mol/L，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

装置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱氢氧化钠之间发生反应：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-=S₂O₄^2-+2H₂O，装置Ⅳ中通入氨气、氧气，2NO₂^-+O₂++2H⁺+2NH₃=2NH₄⁺+2NO₃^-，
（1）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⁺，
故答案为：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺；
（2）①A．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（SO₃^2-）+c（OH^-），故溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），故A正确；
B．HSO₃^-⇌SO₃^2-+H⁺，由图中数据，pH=7时，c（HSO₃^- ）=c（SO₃^2- ），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B正确；
C．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C正确；
D．溶液存在质子守恒，应为c（OH^-）=c （H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃），故D错误；
故答案为：ABC；
②1L1.0mol/L的NaOH溶液中含有氢氧化钠的物质的量为：1L×1.0mol/L=1.0mol，13.44L（标况下）SO₂，n（SO₂）=(13.44L)/(22.4L/mol)=0.6mol，
设反应生成亚硫酸钠的物质的量为x，消耗二氧化硫的物质的量为y
2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O
  2   1     1
1.0mol y    x
(2)/(1.0mol)=(1)/(y)=(1)/(x)解得：x=0.5mol y=0.5mol根据上述计算可以知道，二氧化硫是过量的，剩余的二氧化硫的物质的量为：0.6mol-0.5mol=0.1mol
所以二氧化硫会和生成的亚硫酸钠继续反应，
设消耗亚硫酸钠的物质的量为a，生成亚硫酸氢钠的物质的量为b
Na₂SO₃+H₂O+SO₂═2NaHSO₃
 1          1     2
 a        0.1mol  b
(1)/(a)=(2)/(b)=(1)/(0.3mol)解得：a=0.1mol b=0.2mol，
则溶液中n（SO₃^2-）=0.5mol-0.1mol=0.4mol，n（HSO₃^-）=0.2mol，n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=2：1，则反应的离子方程式为3SO₂+5OH^-=2SO₃^2-+HSO₃^-+2H₂O，
故答案为：3SO₂+5OH^-=2SO₃^2-+HSO₃^-+2H₂O；
③酸式滴定管只能盛放酸性溶液、碱式滴定管只能盛放碱性溶液，酸性高锰酸钾溶液呈酸性，则可以盛放在酸式滴定管中；原溶液无色，而KMnO₄为紫红色，所以当溶液中的H₂C₂O₄和KHC₂O₄反应完全时，滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变；
故答案为：酸式；滴入最后一滴溶液呈紫红色且半分钟颜色不变；
（3）生成Ce⁴⁺为氧化反应，发生在阳极上，因此再生时生成的Ce⁴⁺在电解槽的阳极，连接电源正极，反应物是HSO₃^-被还原成S₂O₄^2-，得到电子，电极反应式为：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案为：正；2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（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：(VL)/(22.4L/mol)×4=1000×（5-3）×0.4mol，解得V=4480L，
故答案为：4480．