Question

18．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(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝，回答下列問題：
（1）SO₂分子的空間構(gòu)型為V形．
（2）在鼓泡反應(yīng)器中通入含有SO₂和NO的煙氣，反應(yīng)溫度為323 K，NaClO₂溶液濃度為5×10^-3mol•L^-1．反應(yīng)一段時(shí)間后溶液中離子濃度的分析結(jié)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溶液脫硫過程中主要反應(yīng)的離子方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O．增加壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高（填“提高”“不變”或“降低”）．
②隨著吸收反應(yīng)的進(jìn)行，吸收劑溶液的pH逐漸降低 （填“提高”“不變”或“降低”）．
③由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，脫硫反應(yīng)速率大于脫硝反應(yīng)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(yīng)活化能較高．
（3）在不同溫度下，NaClO₂溶液脫硫、脫硝的反應(yīng)中，SO₂和NO的平衡分壓Pe如圖所示．
①由圖分析可知，反應(yīng)溫度升高，脫硫、脫硝反應(yīng)的平衡常數(shù)均減小（填“增大”“不變”或“減小”）．
②反應(yīng)ClO₂^-+2SO₃^2-=2SO₄^2-+Cl^-的平衡常數(shù)K表達(dá)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．從化學(xué)平衡原理分析，Ca（ClO）₂相比NaClO具有的優(yōu)點(diǎn)是形成CaSO₄沉淀，降低硫酸根離子濃度，反應(yīng)平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)，SO₂轉(zhuǎn)化率提高．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷S原子雜化類型、分子空間構(gòu)型；
（2）①亞氯酸鈉具有氧化性，則NaClO₂溶液脫硝過程中主要反應(yīng)的離子方程式為3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；正反應(yīng)是體積減小的，則增加壓強(qiáng)，NO的轉(zhuǎn)化率提高；
②根據(jù)反應(yīng)的方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O可知隨著吸收反應(yīng)的進(jìn)行氫氧根離子被消耗，吸收劑溶液的pH逐漸降低；
③由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在相同時(shí)間內(nèi)硫酸根離子的濃度增加的多，因此脫硫反應(yīng)速率大于脫硝反應(yīng)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(qiáng)，易被氧化；
（3）①由圖分析可知，根據(jù)反應(yīng)3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O，NO的平衡分壓的負(fù)對(duì)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(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)減��；
②根據(jù)反應(yīng)的方程式ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-可知平衡常數(shù)K表達(dá)式為K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（4）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(yīng)方向進(jìn)行；

解答 解：（1）SO₂中S原子價(jià)層電子對(duì)=2+$\frac{1}{2}$（6-2×2）=3，所以采取sp²雜化方式，該分子中含有一個(gè)孤電子對(duì)，所以其空間構(gòu)型是V形，
故答案為：V形；
（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(yīng)的離子方程式為3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；正反應(yīng)是體積減小的，則增加壓強(qiáng)，NO的轉(zhuǎn)化率提高，
故答案為：3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O；提高；
②根據(jù)反應(yīng)的方程式3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O可知隨著吸收反應(yīng)的進(jìn)行氫氧根離子被消耗，吸收劑溶液的pH逐漸降低，
故答案為：降低；
③由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在相同時(shí)間內(nèi)硫酸根離子的濃度增加的多，因此脫硫反應(yīng)速率大于脫硝反應(yīng)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(yīng)活化能較高，
故答案為：大于；NO溶解度較低或脫硝反應(yīng)活化能較高；
（3）①由圖分析可知，根據(jù)反應(yīng)3ClO₂^-+4NO+4OH^-=4NO₃^-+3Cl^-+2H₂O，NO的平衡分壓的負(fù)對(duì)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(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，故答案為：減��；
②根據(jù)反應(yīng)的方程式ClO₂^-+2SO₃^2-═2SO₄^2-+Cl^-可知平衡常數(shù)K表達(dá)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）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(yīng)方向進(jìn)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(yīng)平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)，SO₂轉(zhuǎn)化率提高；

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)、蓋斯定律、外界條件對(duì)反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的影響等，要求學(xué)生掌握基本概念，結(jié)合生活實(shí)際分析問題、解決問題，方程式的書寫要遵循相關(guān)守恒，題目難度中等．