Question

8．煤燃燒排放的煙氣含有SO₂和NO_x，形成酸雨、污染大氣，采用NaClO₂溶液作為吸收劑可同時對煙氣進行脫硫、脫硝，回答下列問題：
（1）在鼓泡反應器中通入含有含有SO₂和NO的煙氣，反應溫度為323K，NaClO₂溶液濃度為5×10^-3mol•L^-1．反應一段時間后溶液中離子濃度的分析結果如表：

離子	SO42-	SO32-	NO3-	NO2-	Cl-
c/（mol•L-1）	8.35×10-4	6.87×10-6	1.5×10-4	1.2×10-5	3.4×10-3

①寫出NaClO₂溶液脫硝過程中主要反應的離子方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O增加壓強，NO的轉化率提高（填“提高”“不變”或“降低”）．
②隨著吸收反應的進行，吸收劑溶液的pH逐漸減小 （填“增大”“不變”或“減小”）．
③由實驗結果可知，脫硫反應速率大于脫硝反應速率（填“大于”或“小于”）．原因是除了SO₂和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是NO溶解度較低或脫硝反應活化能較高．
（2）在不同溫度下，NaClO₂溶液脫硫、脫硝的反 應中，在反應ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-的平衡常數K表達式為$\frac{c（C{l}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{3}^{2-}）}$．
（3）如果采用NaClO、Ca（ClO）₂替代NaClO₂，也能得到較好的煙氣脫硫效果．已知下列反應：
SO₂（g）+2OH^- （aq）═SO₃^2- （aq）+H₂O（l）△H₁
ClO^- （aq）+SO₃^2- （aq）═SO₄^2- （aq）+Cl^- （aq）△H₂
CaSO₄（s）═Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）△H₃
則反應SO₂（g）+Ca²⁺（aq）+ClO^- （aq）+2OH^- （aq）═CaSO₄（s）+H₂O（l）+Cl^- （aq）的△H=△H₁+△H₂-△H₃．

Answer 1

分析 （1）①亞氯酸鈉具有氧化性，則NaClO₂溶液脫硝過程中主要反應的離子方程式為3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；正反應是體積減小的，則增加壓強，NO的轉化率提高；
②根據反應的方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O可知隨著吸收反應的進行氫氧根離子被消耗，吸收劑溶液的pH逐漸降低；
③由實驗結果可知，在相同時間內硫酸根離子的濃度增加的多，因此脫硫反應速率大于脫硝反應速率．原因是除了SO₂和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是二氧化硫的還原性強，易被氧化；
（2）根據反應的方程式ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-可知平衡常數K表達式為K=$\frac{c（C{l}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{3}^{2-}）}$；
（3）根據蓋斯定律計算．

解答 解：（1）①亞氯酸鈉具有氧化性，且NaClO₂溶液呈堿性，則NaClO₂溶液脫硝過程中主要反應的離子方程式為3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；正反應是體積減小的，則增加壓強，NO的轉化率提高，
故答案為：3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；提高；
②根據反應的方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O可知隨著吸收反應的進行氫氧根離子被消耗，吸收劑溶液的pH逐漸降低，
故答案為：減��；
③由實驗結果可知，在相同時間內硫酸根離子的濃度增加的多，因此脫硫反應速率大于脫硝反應速率．原因是除了SO₂和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是NO溶解度較低或脫硝反應活化能較高，
故答案為：大于；NO溶解度較低或脫硝反應活化能較高；
（2）根據反應的方程式ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-可知平衡常數K表達式為K=$\frac{c（C{l}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{3}^{2-}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{l}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{3}^{2-}）}$；
（3）已知SO₂（g）+2OH^-（aq）═SO₃^2-（aq）+H₂O（l）△H₁
ClO^-（aq）+SO₃^2-（aq）═SO₄^2-（aq）+Cl^-（aq）△H₂
CaSO₄（s）═Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）△H₃
則根據蓋斯定律可知①+②-③即得到反應SO₂（g）+Ca²⁺（aq）+ClO^-（aq）+2OH^-（aq）═CaSO₄（s）+H₂O（l）+Cl^-（aq）△H=△H₁+△H₂-△H₃，
故答案為：△H₁+△H₂-△H₃．

點評 本題考查氧化還原反應、蓋斯定律、外界條件對反應速率和平衡狀態(tài)的影響等，要求學生掌握基本概念，結合生活實際分析問題、解決問題，方程式的書寫要遵循相關守恒，題目難度中等．