Question

【題目】工業生產中產生的廢氣、廢液、廢渣直接排放會造成污染，很多都經過吸收轉化為化工產品。

I．利用電化學原理吸收工業生產中產生的SO2、NO,同時獲得Na2S2O4和NH4NO3產品的工藝流程圖如圖（Ce為鈰元素）。

請回答下列問題:

（1）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下生成NO2-的離子方程式: 。

（2）裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce4+,其原理如下圖所示：

右側反應室中發生的主要電極反應式為 。

（3）已知進入裝置Ⅳ的溶液中NO2-的濃度為0.4 mol·L-1,要使1 m3該溶液中的NO2-完全轉化為 NH4NO3,需至少向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的O2的體積為 L。

II.以電石渣[主要成分為Ca（OH）2和CaCO3]為原料制備KClO3的流程如下：

（4）氯化過程控制電石渣過量，在75℃左右進行。氯化時存在Cl2與Ca（OH）2作用生成Ca（ClO）2的反應，Ca（ClO）2進一步轉化為Ca（ClO3）2，少量Ca（ClO）2 分解為CaCl2和O2。提高Cl2轉化為Ca（ClO3）2的轉化率的可行措施有 （填序號）。

A．適當減緩通入Cl2速率 B．充分攪拌漿料 C．加水使Ca（OH）2完全溶解

（5）氯化過程中Cl2 轉化為Ca（ClO3）2的總反應方程式為

6Ca（OH）2+6Cl2===Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O

氯化完成后過濾。濾渣的主要成分為 （填化學式）。

（6）向濾液中加入稍過量KCl固體可將Ca（ClO3）2轉化為KClO3，若溶液中KClO3的含量為100gL1，從該溶液中盡可能多地析出KClO3固體的方法是 。

（7）工業上常用磷精礦[Ca5（PO4）3F]和硫酸反應制備磷酸。已知25℃，101kPa時：

CaO（s）+H2SO4（l）=CaSO4（s）+H2O（l） △H=－271kJ/mol

5CaO（s）+H3PO4（l）+HF（g）=Ca5（PO4）3F（s）+5H2O（l） △H=－937kJ/mol

則Ca5（PO4）3F和硫酸反應生成磷酸的熱化學方程式是 。

Answer 1

【答案】

（1）NO+Ce4++H2O=NO2-+Ce3++2H+ ；

（2）2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O

（3）4.48×103；（4）AB；

（5）CaCO3、Ca（OH）2；

（6）蒸發濃縮、冷卻結晶

（7）Ca5（PO4）3F （s）+ 5H2SO4（l）=5CaSO4（s） +H3PO4（l）+HF（g）△H=-418kJ/mol

【解析】

試題分析：I．裝置Ⅰ中二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿氫氧化鈉之間發生反應：SO2+OH-=HSO3-，NO和氫氧化鈉之間不會反應，裝置Ⅱ中NO在酸性條件下，NO和Ce4+之間會發生氧化還原反應：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，裝置Ⅲ中，在電解槽的陽極2Ce3+-2e-=2Ce4+，陰極電極反應式為：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，裝置Ⅳ中通入氨氣、氧氣，2NO2-+O2++2H++2NH3=2NH4++2NO3-。

（1）裝置Ⅱ中NO在酸性條件下NO和Ce4+之間會發生氧化還原反應：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+，NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+，故答案為：NO+H2O+Ce4+=Ce3++NO2-+2H+；

（2）生成Ce4+為氧化反應，發生在陽極上，因此再生時生成的Ce4+在電解槽的陽極，連接電源正極，反應物是HSO3-被還原成S2O42-，得到電子，電極反應式為：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O，故答案為：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O；

（3）NO2-的濃度為0.4mol/L，要使1m3該溶液中的NO2-完全轉化為NH4NO3，則失去電子數為：1000×（5-3）×0.4mol，設消耗標況下氧氣的體積是V，根據電子守恒：×4=1000×（5-3）×0.4mol，解得V=4480L，故答案為：4480；

II.電石渣含有Ca（OH）2，加入水打漿，通入氯氣，可生成Ca（ClO）2，Ca（ClO）2進一步轉化為Ca（ClO3）2，過濾后在濾液中加入KCl轉化生成KClO3，經蒸發濃縮、冷卻結晶可得晶體KClO3。

（4）氯氣和氫氧化鈣反應生成氯化鈣、次氯酸鈣和水，反應的化學方程式為2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O，提高Cl2轉化為Ca（ClO3）2的轉化率，可使氯氣和氫氧化鈣充分接觸，可適當減緩通入Cl2速率、充分攪拌漿料，因氫氧化鈣微溶于水，加水溶解的做法不可取，因濃度過低，對后續實驗不利，故答案為：AB；

（5）發生6Ca（OH）2+6Cl2═Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O，生成的Ca（ClO3）2溶于水，CaCO3不溶于水，Ca（OH）2微溶，則濾渣中含有CaCO3、Ca（OH）2，故答案為：CaCO3、Ca（OH）2；

（6）該溶液中盡可能多地析出KClO3固體，應經蒸發濃縮、冷卻結晶，故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；

（7）已知25℃，101kPa時：①CaO（s）+H2SO4（l）═CaSO4（s）+H2O（l）△H=-271kJ/mol，②5CaO（s）+3H3PO4（l）+HF（g）═Ca5（PO4）3F（s）+5H2O（l）△H=-937kJ/mol，根據蓋斯定律：①×5-②得Ca5（PO4）3F和硫酸反應生成磷酸的熱化學方程式是Ca5（PO4）3F（s）+5H2SO4（l）=5CaSO4（s）+3H3PO4（l）+HF（g）△H=-418kJ/mol。