3.煙氣脫硫(SO2)脫硝(NOx)一體化技術(shù)是大氣污染防治研究的熱點(diǎn).煙氣中NO通常占NOx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(shí)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(qǐng)回答:
(1)脫硫過程涉及的各化學(xué)反應(yīng)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(yīng)Ⅰ的△H1=2a+b+c+d.
(2)脫硫反應(yīng)Ⅰ和脫硝反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)隨溫度的變化如圖所示:
①判斷反應(yīng)Ⅱ的△S2<0、△H2<0(填<、=或>),指出有利于自發(fā)進(jìn)行的溫度條件是較低溫度(填“較高溫度”或“較低溫度”).
②預(yù)測(cè)用次氯酸鈣溶液脫硫脫硝反應(yīng)進(jìn)行的程度并說明理由脫硫、脫硝反應(yīng)都可以進(jìn)行得很完全,因?yàn)槊摿、脫硝反?yīng)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(jìn)脫硫反應(yīng)進(jìn)行,理由是CaSO4微溶,反應(yīng)體系中的Ca2+有利于CaSO4沉淀的生成,促進(jìn)吸收反應(yīng)進(jìn)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(duì)NOx的脫除效率較低;ClO-氧化性強(qiáng),有利于將SO2、NO 氧化為它們的最高價(jià)態(tài)SO42-、NO3-,達(dá)到一起脫除的目的.

分析 (1)依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)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(yīng)Ⅱ是氣體體積減小的反應(yīng),熵變減小,圖象分析可知隨溫度升高平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)減小,則平衡常數(shù)減小,平衡逆向進(jìn)行,正反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)自發(fā)進(jìn)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(duì)數(shù),脫硫脫硝反應(yīng)的平衡常數(shù)很大;
(3)Ca(ClO)2法更能促進(jìn)脫硫反應(yīng)進(jìn)行是因?yàn)榉磻?yīng)Ⅰ中生成微溶于水的硫酸鈣,濃度大的溶液中會(huì)生成沉淀;
(4)NO難溶于水,堿液對(duì)NOx的脫除效率較低;ClO-氧化性強(qiáng),有利于將SO2、NO 氧化為它們的最高價(jià)態(tài)SO42-、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(yīng)Ⅱ是氣體體積減小的反應(yīng),熵變減小,△S<0,圖象分析可知隨溫度升高平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)減小,則平衡常數(shù)減小,平衡逆向進(jìn)行,正反應(yīng)為放熱反應(yīng),△H<0,滿足△H-T△S<0,則需要低溫下自發(fā)進(jìn)行,
故答案為:<,<,較低溫度;
②圖象分析平衡常數(shù)的對(duì)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(yīng)進(jìn)行的程度很大,反應(yīng)進(jìn)行的很完全,
故答案為:脫硫、脫硝反應(yīng)都可以進(jìn)行得很完全,因?yàn)槊摿、脫硝反?yīng)的平衡常數(shù)均很大;
(3)反應(yīng)ⅠCa(ClO)2(aq)+2SO2(g)+2H2O(l)=CaSO4(s)+H2SO4(aq)+2HCl(aq),反應(yīng)中生成微溶于水的硫酸鈣,反應(yīng)體系中的Ca2+有利于CaSO4沉淀的生成,促進(jìn)吸收反應(yīng)進(jìn)行,
故答案為:CaSO4微溶,反應(yīng)體系中的Ca2+有利于CaSO4沉淀的生成,促進(jìn)吸收反應(yīng)進(jìn)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NOx總量的90%以上,但NO的脫除難度較大,NO難溶于水,堿液對(duì)NOx的脫除效率較低;ClO-氧化性強(qiáng),有利于將SO2、NO氧化為它們的最高價(jià)態(tài)SO42-、NO3-,達(dá)到一起脫除的目的,
故答案為:NO難溶于水,堿液對(duì)NOx的脫除效率較低;ClO-氧化性強(qiáng),有利于將SO2、NO氧化為它們的最高價(jià)態(tài)SO42-、NO3-,達(dá)到一起脫除的目的;

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡影響因素、熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算、脫除煙氣中SO2和NO的方法分析和比較是解題關(guān)鍵,題目難度中等.

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