Question

8．煤燃烧排放的烟气含有SO₂和NO_x，形成酸雨、污染大气，采用NaClO₂溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，回答下列问题：
（1）在鼓泡反应器中通入含有含有SO₂和NO的烟气，反应温度为323K，NaClO₂溶液浓度为5×10^-3mol•L^-1．反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如表：

离子	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写出NaClO₂溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O增加压强，NO的转化率提高（填“提高”“不变”或“降低”）．
②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐减小 （填“增大”“不变”或“减小”）．
③由实验结果可知，脱硫反应速率大于脱硝反应速率（填“大于”或“小于”）．原因是除了SO₂和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高．
（2）在不同温度下，NaClO₂溶液脱硫、脱硝的反 应中，在反应ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-的平衡常数K表达式为$\frac{c（C{l}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{3}^{2-}）}$．
（3）如果采用NaClO、Ca（ClO）₂替代NaClO₂，也能得到较好的烟气脱硫效果．已知下列反应：
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
则反应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亚氯酸钠具有氧化性，则NaClO₂溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式为3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；正反应是体积减小的，则增加压强，NO的转化率提高；
②根据反应的方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O可知随着吸收反应的进行氢氧根离子被消耗，吸收剂溶液的pH逐渐降低；
③由实验结果可知，在相同时间内硫酸根离子的浓度增加的多，因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率．原因是除了SO₂和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是二氧化硫的还原性强，易被氧化；
（2）根据反应的方程式ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-可知平衡常数K表达式为K=$\frac{c（C{l}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{3}^{2-}）}$；
（3）根据盖斯定律计算．

解答 解：（1）①亚氯酸钠具有氧化性，且NaClO₂溶液呈碱性，则NaClO₂溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式为3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；正反应是体积减小的，则增加压强，NO的转化率提高，
故答案为：3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；提高；
②根据反应的方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O可知随着吸收反应的进行氢氧根离子被消耗，吸收剂溶液的pH逐渐降低，
故答案为：减小；
③由实验结果可知，在相同时间内硫酸根离子的浓度增加的多，因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率．原因是除了SO₂和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高，
故答案为：大于；NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高；
（2）根据反应的方程式ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-可知平衡常数K表达式为K=$\frac{c（C{l}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{3}^{2-}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{l}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）•{c}^{2}（S{O}_{3}^{2-}）}$；
（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
则根据盖斯定律可知①+②-③即得到反应SO₂（g）+Ca²⁺（aq）+ClO^-（aq）+2OH^-（aq）═CaSO₄（s）+H₂O（l）+Cl^-（aq）△H=△H₁+△H₂-△H₃，
故答案为：△H₁+△H₂-△H₃．

点评 本题考查氧化还原反应、盖斯定律、外界条件对反应速率和平衡状态的影响等，要求学生掌握基本概念，结合生活实际分析问题、解决问题，方程式的书写要遵循相关守恒，题目难度中等．