Question

5．燃煤煙氣脫硫有很多方法
方法I：先用氨水將SO₂轉(zhuǎn)化為NH₄HSO₃，再通入空氣氧化成（NH₄）₂SO₄．
方法II：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再經(jīng)電解轉(zhuǎn)化為H₂SO₄．
據(jù)此回答以下問題：
（1）方法I中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式2HSO₃^-+O₂═2SO₄^2-+2H⁺．能提高方法I燃煤煙氣SO₂中去除率的措施有A、D（填字母）．
A．增大氨水濃度                       B．增大燃煤煙氣的流速
C．事先去除燃煤煙氣中的二氧化碳       D．增大壓強(qiáng)
（2）采用方法II脫硫，燃煤煙氣中的二氧化碳能否與生成的NaHSO₃溶液反應(yīng)不能，亞硫酸的酸性大于碳酸（說(shuō)明理由）．已知H₂SO₃為的電離平衡常數(shù)為K₁=1.54×10^-2，K₂=1.02×10^-7．則NaHSO₃溶液中含S元素粒子濃度由大到小的順序?yàn)閏（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．通過(guò)右圖所示電解裝置可將生成的NaHSO₃轉(zhuǎn)化為硫酸，電極材料皆為石墨．則A為電解池的陰極（填“陰極”或“陽(yáng)極”）．C為較濃的硫酸溶液（填物質(zhì)名稱）．若將陰離子交換膜換成陽(yáng)子交換膜，寫出陽(yáng)極區(qū)域發(fā)生的電極反應(yīng)2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）方法I為：先用氨水將SO₂轉(zhuǎn)化為NH₄HSO₃，再通入空氣氧化成（NH₄）₂SO₄，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的一步是入空氣將NH₄HSO₃氧化成（NH₄）₂SO₄，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式，結(jié)合可逆反應(yīng)的影響化學(xué)平衡的條件，以及改變轉(zhuǎn)化率的方法，據(jù)此分析；
（2）采用方法II脫硫，方法II為：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再經(jīng)電解轉(zhuǎn)化為H₂SO₄，考慮H₂SO₃和H₂CO₃的酸性強(qiáng)弱，反應(yīng)應(yīng)又強(qiáng)酸制取弱酸，根據(jù)H₂SO₃的電離平衡常數(shù)分析比較粒子濃度大小，A電極產(chǎn)生H₂，注意到A處NaHSO₃變成了Na₂SO₃，則可判斷H₂由H⁺得到電子而來(lái)，電解池中陰極反應(yīng)為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)分析C處的溶液性質(zhì)，電解池陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)．

解答 解：（1）方法I為：先用氨水將SO₂轉(zhuǎn)化為NH₄HSO₃，再通入空氣氧化成（NH₄）₂SO₄，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的一步是入空氣將NH₄HSO₃氧化成（NH₄）₂SO₄，則方法I中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為：2HSO₃^-+O₂=2SO₄^2-+2H⁺，
方法I中涉及到的反應(yīng)有：SO₂+NH₃•H₂O═NH₄HSO₃，這一步就是除去SO₂的步驟，
A．增大氨水濃度，可使SO₂的吸收率增大，反應(yīng)轉(zhuǎn)化的更徹底，可以有效提高SO₂中去除率，故A選；
B．增大燃煤煙氣的流速，去除反應(yīng)是靠溶液吸收，增大燃煤煙氣的流速會(huì)使溶液吸收率降低，不能很有效的去除SO₂，應(yīng)該減緩燃煤煙氣的流速，故B不選；
C．用氨水溶液吸收，氨水溶液可以吸收CO₂，不必要事先去除燃煤煙氣中的二氧化碳，故C不選；
D．從可逆反應(yīng)角度考慮，反應(yīng)SO₂+NH₃•H₂O═NH₄HSO₃為氣體數(shù)減少的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系壓強(qiáng)降低，增大壓強(qiáng)有利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，可以提高燃煤煙氣SO₂中去除率，故D選，故選AD，
故答案為：2HSO₃^-+O₂=2SO₄^2-+2H⁺；A、D；
（2）采用方法II脫硫，方法II為：用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再經(jīng)電解轉(zhuǎn)化為H₂SO₄，考慮H₂SO₃和H₂CO₃的酸性強(qiáng)弱為H₂SO₃＞H₂CO₃，則燃煤煙氣中的二氧化碳能否與生成的NaHSO₃溶液不能反應(yīng)生成H₂SO₃，理由為：亞硫酸的酸性大于碳酸，
NaHSO₃溶液中含S元素粒子有：HSO₃^-，SO₃^2-，H₂SO₃，根據(jù)H₂SO₃的電離平衡常數(shù)：K₁=1.54×10^-2，K₂=1.02×10^-7，對(duì)于NaHSO₃溶液，SO₃^2-由反應(yīng)：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-而來(lái)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₂=1.02×10^-7，H₂SO₃由反應(yīng)：HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-而來(lái)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K_b=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{1}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1.54×1{0}^{-2}}$=6.58×10^-13，通過(guò)平衡常數(shù)比較反應(yīng)趨勢(shì)，無(wú)論是HSO₃^-水解還是電離，趨勢(shì)都比較小，所以含S粒子中，HSO₃^-的離子濃度最大，由K₂＞＞K_b，則HSO3-的電離趨勢(shì)比較大，則平衡時(shí)SO₃^2-的濃度大于H₂SO₃，綜上，NaHSO₃溶液中含S元素粒子濃度由大到小的順序?yàn)椋篶（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），
根據(jù)電解裝置圖分析，A電極產(chǎn)生H₂，注意到A處NaHSO₃變成了Na₂SO₃，則可判斷H₂由H⁺得到電子而來(lái)，電解池中陰極反應(yīng)為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，則A為電解池的陰極，
B處陽(yáng)極，電解池陽(yáng)極的反應(yīng)為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，也產(chǎn)生氣體，則陽(yáng)極的電子反應(yīng)為：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，考慮到電解池中，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，且裝置中存在陰離子交換膜，則陰極的HSO₃^-，SO₃^2-可以通過(guò)陰離子交換膜到達(dá)陽(yáng)極經(jīng)過(guò)反應(yīng)生成SO₄^2-，無(wú)疑隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行，陽(yáng)極的硫酸濃度會(huì)增大，則C處會(huì)排出較濃的硫酸，所以C為：較濃的硫酸，
若將陰離子交換膜換成陽(yáng)子交換膜，陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)為：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，考慮到電解池中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，所以陽(yáng)極產(chǎn)生的H⁺會(huì)通過(guò)陽(yáng)離子交換膜向陰極移動(dòng)，考慮到陽(yáng)極是硫酸，電解反應(yīng)寫成OH^-放電是不恰當(dāng)?shù)模瑧?yīng)為2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺，
故答案為：不能，亞硫酸的酸性大于碳酸；c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）；陰極；較濃的硫酸溶液；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理，涉及到氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平，可逆反應(yīng)的知識(shí)遷移，弱電解質(zhì)的電離平衡，粒子濃度大小的比較，電極反應(yīng)式的書寫，根據(jù)溶液的介質(zhì)寫恰當(dāng)?shù)碾姌O反應(yīng)式，知識(shí)點(diǎn)均為重點(diǎn)和高頻考點(diǎn)，題目難度中等．