Question

7．煙氣（主要污染物SO₂、NO_x）經(jīng)O₃預(yù)處理后用CaSO₃水懸浮液吸收，可減少煙氣中SO₂、NO_x的含量．O₃氧化煙氣中SO₂、NO_x的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
SO₂（g）+O₃（g）═SO₃（g）+O₂（g）△H=-241.6kJ•mol^-1
（1）反應(yīng)3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g）的△H=-317.3mol•L^-1．
（2）室溫下，固定進(jìn)入反應(yīng)器的NO、SO₂的物質(zhì)的量，改變加入O₃的物質(zhì)的量，反應(yīng)一段時(shí)間后體系中n（NO）、n（NO₂）和n（SO₂）隨反應(yīng)前n（O₃）：n（NO）的變化見下圖．
①當(dāng)n（O₃）：n（NO）＞1時(shí)，反應(yīng)后NO₂的物質(zhì)的量減少，其原因是O₃將NO₂氧化為更高價(jià)態(tài)氮氧化物．
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反應(yīng)幾乎不受影響，其可能原因是SO₂與O₃的反應(yīng)速率慢．
（3）當(dāng)用CaSO₃水懸浮液吸收經(jīng)O₃預(yù)處理的煙氣時(shí)，清液（pH約為8）中SO₃^2-將NO₂轉(zhuǎn)化為NO₂^-，其離子方程式為：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O．
（4）CaSO₃水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液，達(dá)到平衡后溶液中c（SO₃^2-）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}×c（S{{O}_{4}}^{2-}）$[用c（SO₄^2-）、K_sp（CaSO₃）和K_sp（CaSO₄）表示]；CaSO₃水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液能提高NO₂的吸收速率，其主要原因是CaSO₃轉(zhuǎn)化為CaSO₄使溶液中SO₃^2-的濃度增大，加快SO₃^2-與NO₂的反應(yīng)速率．

Answer 1

分析 （1）①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ．mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ．mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，2×②+①可得：3NO（g）+O₃（g）=3NO₂（g），焓變進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）①臭氧具有強(qiáng)氧化性，能氧化生成的NO₂；
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反應(yīng)幾乎不受影響，說明濃度對(duì)反應(yīng)速率影響較小，可能是其反應(yīng)速率較慢；
（3）溶液pH約為8，說明溶液呈堿性，SO₃^2-將NO₂轉(zhuǎn)化為NO₂^-，同時(shí)SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫離子方程式；
（4）CaSO₃水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液，發(fā)生反應(yīng)CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-，溶液中c（Ca²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$；根據(jù)CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-知，加入硫酸鈉導(dǎo)致亞硫酸根離子濃度增大，濃度越大反應(yīng)速率越大．

解答 解：（1）①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ．mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ．mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，2×②+①可得：3NO（g）+O₃（g）=3NO₂（g），所以△H=2×（-58.2kJ．mol^-1）+（-200.9kJ．mol^-1）=-317.3kJ/mol，
故答案為：-317.3；
（2）①當(dāng)n（O₃）：n（NO）＞1時(shí)，臭氧過量，臭氧具有強(qiáng)氧化性，能將反應(yīng)后NO₂氧化為更高價(jià)氮氧化物，導(dǎo)致二氧化氮減少，
故答案為：O₃將NO₂氧化為更高價(jià)態(tài)氮氧化物；
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反應(yīng)幾乎不受影響，說明濃度對(duì)反應(yīng)速率影響較小，可能是SO₂與O₃的反應(yīng)速率慢，
故答案為：SO₂與O₃的反應(yīng)速率慢；
（3）溶液pH約為8，說明溶液呈堿性，SO₃^2-將NO₂轉(zhuǎn)化為NO₂^-，同時(shí)SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫離子方程式為SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O，
故答案為：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O；
（4）CaSO₃水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液，發(fā)生反應(yīng)CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-，溶液中c（Ca²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$，所以c（SO₃^2-）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}×c（S{{O}_{4}}^{2-}）$；
根據(jù)CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-知，加入硫酸鈉導(dǎo)致c（SO₃^2-）增大，濃度越大反應(yīng)速率越大，所以加快反應(yīng)速率，提高NO₂的吸收速率，
故答案為：$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}×c（S{{O}_{4}}^{2-}）$；CaSO₃轉(zhuǎn)化為CaSO₄使溶液中SO₃^2-的濃度增大，加快SO₃^2-與NO₂的反應(yīng)速率．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了溶度積常數(shù)計(jì)算、反應(yīng)速率影響因素、氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，難點(diǎn)是（4）題計(jì)算，題目難度中等．