Question

3．煙氣脫硫（SO₂）脫硝（NO_x）一體化技術是大氣污染防治研究的熱點．煙氣中NO通常占NO_x總量的90%以上，但NO的脫除難度較大．某研究小組探究用次氯酸鈣溶液同時脫除煙氣中SO₂和NO的方法．
脫硫：Ca（ClO）₂（aq）+2SO₂（g）+2H₂O（l）=CaSO₄（s）+H₂SO₄（aq）+2HCl（aq）Ⅰ
脫硝：3Ca（ClO）₂（aq）+4NO（g）+2H₂O（l）=3CaCl₂（aq）+4HNO₃（aq）Ⅱ
請回答：
（1）脫硫過程涉及的各化學反應及其△H如下：
SO₂（g）+H₂O（l）?H₂SO₃（aq）△H=a
Ca（ClO）₂（aq）+H₂SO₃（aq）=CaSO₃（s）+2HClO（aq）△H=b
CaSO₃（s）+HClO（aq）=CaSO₄（s）+HCl（aq）△H=c
H₂SO₃（aq）+HClO（aq）=H₂SO₄（aq）+HCl（aq）△H=d
脫硫反應Ⅰ的△H₁=2a+b+c+d．
（2）脫硫反應Ⅰ和脫硝反應Ⅱ的平衡常數(shù)隨溫度的變化如圖所示：
①判斷反應Ⅱ的△S₂＜0、△H₂＜0（填＜、=或＞），指出有利于自發(fā)進行的溫度條件是較低溫度（填“較高溫度”或“較低溫度”）．
②預測用次氯酸鈣溶液脫硫脫硝反應進行的程度并說明理由脫硫、脫硝反應都可以進行得很完全，因為脫硫、脫硝反應的平衡常數(shù)均很大．
（3）與NaClO溶液吸收法相比，Ca（ClO）₂法更能促進脫硫反應進行，理由是CaSO₄微溶，反應體系中的Ca²⁺有利于CaSO₄沉淀的生成，促進吸收反應進行．
（4）與NaOH溶液吸收法相比，Ca（ClO）₂法的脫硫脫硝效率更高，理由是NO難溶于水，堿液對NO_x的脫除效率較低；ClO^-氧化性強，有利于將SO₂、NO 氧化為它們的最高價態(tài)SO₄^2-、NO₃^-，達到一起脫除的目的．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算，
①SO₂（g）+H₂O（l）?H₂SO₃（aq）△H=a
②Ca（ClO）₂（aq）+H₂SO₃（aq）=CaSO₃（s）+2HClO（aq）△H=b
③CaSO₃（s）+HClO（aq）=CaSO₄（s）+HCl（aq）△H=c
④H₂SO₃（aq）+HClO（aq）=H₂SO₄（aq）+HCl（aq）△H=d
①×2+②+③+④得到Ca（ClO）₂（aq）+2SO₂（g）+2H₂O（l）=CaSO₄（s）+H₂SO₄（aq）+2HCl（aq）的焓變；
（2）①3Ca（ClO）₂（aq）+4NO（g）+2H₂O（l）=3CaCl₂（aq）+4HNO₃（aq）反應Ⅱ是氣體體積減小的反應，熵變減小，圖象分析可知隨溫度升高平衡常數(shù)的對數(shù)減小，則平衡常數(shù)減小，平衡逆向進行，正反應為放熱反應，反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；
②圖象中的縱軸是平衡常數(shù)的對數(shù)，脫硫脫硝反應的平衡常數(shù)很大；
（3）Ca（ClO）₂法更能促進脫硫反應進行是因為反應Ⅰ中生成微溶于水的硫酸鈣，濃度大的溶液中會生成沉淀；
（4）NO難溶于水，堿液對NO_x的脫除效率較低；ClO^-氧化性強，有利于將SO₂、NO 氧化為它們的最高價態(tài)SO₄^2-、NO₃^-；

解答 解：（1）①SO₂（g）+H₂O（l）?H₂SO₃（aq）△H=a
②Ca（ClO）₂（aq）+H₂SO₃（aq）=CaSO₃（s）+2HClO（aq）△H=b
③CaSO₃（s）+HClO（aq）=CaSO₄（s）+HCl（aq）△H=c
④H₂SO₃（aq）+HClO（aq）=H₂SO₄（aq）+HCl（aq）△H=d
①×2+②+③+④得到Ca（ClO）₂（aq）+2SO₂（g）+2H₂O（l）=CaSO₄（s）+H₂SO₄（aq）+2HCl（aq）△H=2a+b+c+d，
故答案為：2a+b+c+d；
（2）①3Ca（ClO）₂（aq）+4NO（g）+2H₂O（l）=3CaCl₂（aq）+4HNO₃（aq）反應Ⅱ是氣體體積減小的反應，熵變減小，△S＜0，圖象分析可知隨溫度升高平衡常數(shù)的對數(shù)減小，則平衡常數(shù)減小，平衡逆向進行，正反應為放熱反應，△H＜0，滿足△H-T△S＜0，則需要低溫下自發(fā)進行，
故答案為：＜，＜，較低溫度；
②圖象分析平衡常數(shù)的對數(shù)值為大于1的正值，平衡常數(shù)為10ⁿ，說明用次氯酸鈣溶液脫硫脫硝反應進行的程度很大，反應進行的很完全，
故答案為：脫硫、脫硝反應都可以進行得很完全，因為脫硫、脫硝反應的平衡常數(shù)均很大；
（3）反應ⅠCa（ClO）₂（aq）+2SO₂（g）+2H₂O（l）=CaSO₄（s）+H₂SO₄（aq）+2HCl（aq），反應中生成微溶于水的硫酸鈣，反應體系中的Ca²⁺有利于CaSO₄沉淀的生成，促進吸收反應進行，
故答案為：CaSO₄微溶，反應體系中的Ca²⁺有利于CaSO₄沉淀的生成，促進吸收反應進行；
（4）與NaOH溶液吸收法相比，Ca（ClO）₂法的脫硫脫硝效率更高，煙氣中NO通常占NO_x總量的90%以上，但NO的脫除難度較大，NO難溶于水，堿液對NO_x的脫除效率較低；ClO^-氧化性強，有利于將SO₂、NO氧化為它們的最高價態(tài)SO₄^2-、NO₃^-，達到一起脫除的目的，
故答案為：NO難溶于水，堿液對NO_x的脫除效率較低；ClO^-氧化性強，有利于將SO₂、NO氧化為它們的最高價態(tài)SO₄^2-、NO₃^-，達到一起脫除的目的；

點評 本題考查了化學平衡影響因素、熱化學方程式和蓋斯定律計算、脫除煙氣中SO₂和NO的方法分析和比較是解題關鍵，題目難度中等．