Question

4．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）NaClO₂的化學名稱為亞氯酸鈉．
（2）在鼓泡反應器中通入含有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下表．

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．
（3）不同溫度下，NaClO₂溶液脫硫、脫硝反應中，SO₂和NO的平衡分壓Pe如圖所示．
①由圖分析可知，反應溫度升高，脫硫、脫硝反應的平衡常數(shù)均減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“不變”或“減小”）．
②反應ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-的平衡常數(shù)K表達式為$\frac{c（C{l}^{-}）{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}$．
（4）如果采用NaClO、Ca（ClO）₂替代NaClO₂，也能得到較好的煙氣脫硫效果．
①從化學平衡原理分析，Ca（ClO）₂相比NaClO具有的優(yōu)點是形成CaSO₄沉淀，降低硫酸根離子濃度，反應平衡向產(chǎn)物方向移動，SO₂轉化率提高．
②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）較低價態(tài)為亞，NaClO₂的化學名稱為亞氯酸鈉；
（2）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(jù)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(nèi)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；
（3）①由圖分析可知，根據(jù)反應3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O，NO的平衡分壓的負對數(shù)隨溫度的升高而減小，則說明溫度越高，NO的平衡分壓越大，NO的含量越高，故升高溫度，平衡向逆反應方向進行，平衡常數(shù)減��；
②根據(jù)反應的方程式ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-可知平衡常數(shù)K表達式為K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（4）①如果采用NaClO、Ca（ClO）₂替代NaClO₂，由于生成的硫酸鈣微溶，降低硫酸根離子濃度，促使平衡向正反應方向進行；
②根據(jù)蓋斯定律計算．

解答 解：（1）氯+7為高、+3為亞，NaClO₂中氯的化合價為+3價，化學名稱為亞氯酸鈉，故答案為：亞氯酸鈉；
（2）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(jù)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(nèi)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；
（3）①由圖分析可知，根據(jù)反應3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O，NO的平衡分壓的負對數(shù)隨溫度的升高而減小，則說明溫度越高，NO的平衡分壓越大，NO的含量越高，故升高溫度，平衡向逆反應方向進行，平衡常數(shù)減小，故答案為：減��；
②根據(jù)反應的方程式ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-可知平衡常數(shù)K表達式為K=$\frac{c（C{l}^{-}）{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}$，故答案為：$\frac{c（C{l}^{-}）{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）{c}^{2}（S{O}_{4}^{2-}）}$；
（4）①如果采用NaClO、Ca（ClO）₂替代NaClO₂，生成硫酸鈣沉淀，降低硫酸根離子濃度，促使平衡向正反應方向進行，所以Ca（ClO）₂效果好，
故答案為：形成CaSO₄沉淀，降低硫酸根離子濃度，反應平衡向產(chǎn)物方向移動，SO₂轉化率提高；
②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(jù)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 本題考查化學式名稱、離子方程式書寫、外界條件對反應速率和平衡狀態(tài)的影響等，要求學生掌握化學用語規(guī)范，結合生活實際分析問題、解決問題，題目難度不大．