Question

3．烟气的脱硫（除SO₂）和脱硝（除NO_x）都是环境科学研究的热点．可以通过氧化还原反应或酸碱反应进行脱硫和脱硝．
完成下列填空：
（1）烟气中含有一定量的氮氧化物（NOx），可以利用甲烷与NOx一定条件下反应，产物为空气中含有的无害成分，从而消除污染．
写出CH₄与NOx反应的化学方程式．4NOx+xCH₄→2N₂+xCO₂+2xH₂O
（2）用催化剂可以使NO、CO污染同时降低，2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），根据传感器记录某温度下NO、CO的反应进程，测量所得数据绘制出如图．
前1S内平均反应速率v（N₂）．2.2.7×10^-4mol/（L•s）
第2S时的X值范围．30.6＞x＞25.2
（3）为了除去烟气有害气体SO₂并变废为宝，常用熟石灰的悬浊液洗涤废气，反应最终产物为石膏．而不采用澄清石灰水或熟石灰固体替代熟石灰悬浊液来吸收废气．说明理由：熟石灰悬浊液吸收SO₂速度快且脱硫率高．澄清石灰水中Ca（OH）₂浓度较小，吸收SO₂的量少；熟石灰固体与气体接触面小吸收速度慢且脱硫率低
（4）用标准浓度的酸性KMnO₄溶液可以测定空气中SO₂含量．写出此测定方法的离子方程式．5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺
（5）双碱法是一种低成本高效率的脱硫方法．先用第一碱作为吸收剂，与含SO₂的烟气在吸收塔中接触发生反应，烟气中的SO₂被吸收掉，然后脱硫废液在另一反应器中再与第二碱反应，使溶液得到再生，再生后的吸收液循环利用．可用作第一碱a．可用作第二碱cd．（选填编号）
a  NaOH        b  Mg（OH）₂        c  石灰石         d  石灰．

Answer 1

分析 （1）氮的氧化物与甲烷反应转化为无害成分，则应生成氮气、二氧化碳、水；
（2）利用v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO），根据速率之比等于化学计量数之比求v（N₂）；根据随着反应进行反应速率越来越小分析；
（3）氢氧化钙的溶解度较小，吸收SO₂的量少；
（4）酸性高锰酸钾与二氧化硫发生氧化还原反应，二氧化硫被氧化为硫酸根离子，高锰酸钾被还原为锰离子，根据元素守恒，同时有氢离子生成；
（5）开始的烟气中二氧化硫的含量较高，所以第一碱为NaOH溶液；脱硫废液在另一反应器中再与第二碱反应，则该废液中二氧化硫的含量较少，所以选择石灰石或石灰均可．

解答 解：（1）根据元素守恒，氮的氧化物与甲烷反应转化为无害成分，则应生成氮气、二氧化碳、水，化学方程式是4NOx+xCH₄→2N₂+xCO₂+2xH₂O，
故答案为：4NOx+xCH₄→2N₂+xCO₂+2xH₂O；
（2）一氧化碳的反应速率为v（CO）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{（36-30.6）×10{\;}^{-4}mol/L}{1s}$=5.4×10^-4mol/（L．s），同一化学反应同一时间段内，各物质的反应速率之比等于计量数之比，所以v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（CO）=2.7×10^-4mol/（L．s）；
因为随着反应进行反应速率越来越小，所以第2S消耗的CO小于第1S的36-30.6=5.4，则第2s时的30.6＞x＞30.6-5.4=25.2，
故答案为：2.7×10^-4mol/（L．s）；30.6＞x＞25.2；
（3）因为氢氧化钙的溶解度较小，得到的澄清石灰水的浓度较小，吸收SO₂的量少，所以熟石灰悬浊液吸收SO₂速度快且脱硫率高．熟石灰固体与气体接触面小吸收速度慢且脱硫率低，所以不用澄清石灰水或熟石灰的固体吸收二氧化硫，
故答案为：熟石灰悬浊液吸收SO₂速度快且脱硫率高．澄清石灰水中Ca（OH）₂浓度较小，吸收SO₂的量少；熟石灰固体与气体接触面小吸收速度慢且脱硫率低；
（4）酸性高锰酸钾与二氧化硫发生氧化还原反应，二氧化硫被氧化为硫酸根离子，高锰酸钾被还原为锰离子，根据元素守恒，同时有氢离子生成，离子方程式是5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，故答案为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（5）开始的烟气中二氧化硫的含量较高，所以第一碱为NaOH溶液；脱硫废液在另一反应器中再与第二碱反应，则该废液中二氧化硫的含量较少，所以选择石灰石或石灰均可，生成的硫酸钙被氧气氧化最终得到硫酸钙，可被重新利用，故答案为：a；cd．

点评 考查氮的氧化物与二氧化硫的性质、对工艺的分析以及环境污染等，为高考常见题型和高频考点，难度不大，注意相关基础知识的积累．