Question

我國硫酸工業(yè)SO₂年排放量約10萬噸，硫酸工業(yè)的尾氣必須進(jìn)行處理．

（1）某工廠采用氨-硫酸銨治理含硫煙氣和同時(shí)吸收焦?fàn)t氣中的氨，其工藝流程圖如甲：
①從環(huán)境保護(hù)的角度看，采用上述工藝可防止

酸雨的產(chǎn)生、水體氮富營養(yǎng)化

；設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，檢驗(yàn)尾氣中是否含有氨氣：

將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙伸入尾氣樣品中，觀察試紙是否變紅

．
②氨氣吸收塔中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O（或：HSO₃^-+NH₃=SO₃^2-+NH₄⁺）

．
（2）用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再用惰性電極電解吸收液將其轉(zhuǎn)化為H₂SO₄的裝置如圖乙所示．陽極電極反應(yīng)有兩個(gè)，其電極反應(yīng)式分別為：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺和

HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-

．
（3）利用Fe³⁺的氧化性，將SO₂氧化成SO₄^2-而實(shí)現(xiàn)SO₂的回收利用．為測(cè)定轉(zhuǎn)化器中SO₂氧化成SO₄^2-的轉(zhuǎn)化率，設(shè)計(jì)如圖丙兩個(gè)實(shí)驗(yàn)．
①實(shí)驗(yàn)Ⅰ可采用如圖丁裝置模擬測(cè)定煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)．X溶液既要能吸收又要能指示反應(yīng)終點(diǎn)，則X溶液最好選用

碘的淀粉溶液（或酸性KMnO₄溶液）

．
實(shí)驗(yàn)Ⅰ還可采用下列方案：取280mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體樣品與足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反應(yīng)后，用濃度為0.020mol/L的K₂Cr₂O₇溶液滴定反應(yīng)生成的Fe²⁺，至終點(diǎn)消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL．尾氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為

12.00%

．
已知：Cr₂O₇^2-+Fe²⁺+H⁺→Cr³⁺+Fe³⁺+H₂O（未配平）．
②實(shí)驗(yàn)Ⅱ測(cè)定轉(zhuǎn)化了的SO₂，轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)的離子方程式為

2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺

；假設(shè)測(cè)定在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行，且已知混合氣體流速，該實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)定的數(shù)據(jù)有：實(shí)驗(yàn)時(shí)間、

BaSO₄的質(zhì)量

．

Answer 1

分析：（1）①上述工藝吸收了含硫煙氣和焦?fàn)t氣中的氨，含硫煙氣可引起酸雨的產(chǎn)生，氨可引起水體氮富營養(yǎng)化；根據(jù)氨氣的檢驗(yàn)方法：將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙伸入尾氣樣品中，觀察試紙是否變藍(lán)；②NH₄HSO₃顯酸性，能與堿性物質(zhì)反應(yīng)；
（2）在電解池的陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
（3）①測(cè)定模擬煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)，可根據(jù)二氧化硫氣體的還原性，與具有氧化性的酸性高錳酸鉀或碘水反應(yīng)，通過顏色的變化判斷；根據(jù)原子守恒及電子轉(zhuǎn)移列出關(guān)系式，根據(jù)關(guān)系式計(jì)算樣品中SO₂的體積分?jǐn)?shù)；
②欲測(cè)定轉(zhuǎn)化器中SO₂氧化成SO₄^2-的轉(zhuǎn)化率，還需要測(cè)定時(shí)間和生成沉淀的質(zhì)量．

解答：解：（1）①含硫煙氣中含有二氧化硫等有毒物質(zhì)，可引起酸雨的產(chǎn)生，氨中含氮元素，可引起水體氮富營養(yǎng)化；因氨氣是堿性氣體，能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，可以用來檢驗(yàn)氨氣的存在，
故答案為：酸雨的產(chǎn)生、水體氮富營養(yǎng)化；將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙伸入尾氣樣品中，觀察試紙是否變藍(lán)；
②NH₄HSO₃顯酸性，能與堿性物質(zhì)氨氣之間發(fā)生反應(yīng)：NH₄HSO₃^-+NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃+H₂O，離子方程式為：HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O，
故答案為：HSO₃^-+NH₃?H₂O=SO₃^2-+NH₄⁺+H₂O （或：HSO₃^-+NH₃=SO₃^2-+NH₄⁺）
（2）裝置的目的是用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，再用惰性電極電解吸收液將其轉(zhuǎn)化為H₂SO₄，可以知道化合價(jià)升高的是硫元素，在陽極上會(huì)發(fā)生失電子化合價(jià)升高的反應(yīng)，故陽極反應(yīng)式為：HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-，
故答案為：HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-；
（3）①二氧化硫氣體有還原性，與具有氧化性的酸性高錳酸鉀或碘水反應(yīng)，令樣品中SO₂的體積分?jǐn)?shù)是x，則：
        6SO₂ ～12Fe²⁺～2Cr₂O^2-₇
        6mol            2mol
      

0.280xL

22.4L/mol

    0.025L×0.020mol/L

6

0.280x 22.4

=

2

0.025×0，02

解得x=12.00%，
故答案為：碘的淀粉溶液（或酸性KMnO₄溶液）；12.00%；
②轉(zhuǎn)化器中二氧化硫可以被三價(jià)鐵離子氧化為硫酸根離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，欲測(cè)定轉(zhuǎn)化器中SO₂氧化成SO₄^2-的轉(zhuǎn)化率，還需要測(cè)定時(shí)間和生成沉淀的質(zhì)量，根據(jù)硫酸鋇沉淀的量計(jì)算硫酸根生成的量，據(jù)硫元素守恒沒硫酸根離子的量即為被氧化的二氧化硫的量，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)化率，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；BaSO₄的質(zhì)量．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了SO₂的性質(zhì)及其計(jì)算，注意氧化還原反應(yīng)規(guī)律以及電解池的工作原理是關(guān)鍵，難度大，綜合性強(qiáng)．