Question

2．SO₂和氮氧化物的轉化和綜合利用既有利于節(jié)約資源，又有利于保護環(huán)境．
（1）H₂還原法是處理燃煤煙氣中SO₂的方法之一．已知：
2H₂S（g）+SO₂（g）═3S（s）+2H₂O（l）△H=a kJ•mol^-1
H₂S（g）═H₂（g）+S（s）△H=b kJ•mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H=c kJ•mol^-1
寫出SO₂（g）和H₂（g）反應生成S（s）和H₂O（g）的熱化學方程式：SO₂（g）+2H₂（g）=S（s）+2H₂O（g）△H=（a-2b+2c）kJ/mol．
（2）20世紀80年代Townley首次提出利用電化學膜脫除煙氣中SO₂的技術：將煙氣預氧化使SO₂轉化為SO₃，再將預氧化后的煙氣利用如圖1所示原理凈化利用．

①陰極反應方程式為2SO₃+O₂+4e^-=2SO₄^2-．
②若電解過程中轉移1mol電子，所得“掃出氣”用水吸收最多可制得質(zhì)量分數(shù)70%的硫酸70g．
（3）利用脫氮菌可凈化低濃度NO廢氣．當廢氣在塔內(nèi)停留時間均為90s的情況下，測得不同條件下NO的脫氮率如圖2、3所示．
①由圖2知，當廢氣中的NO含量增加時，宜選用好氧硝化法提高脫氮效率．
②圖3中，循環(huán)吸收液加入Fe²⁺、Mn²⁺提高了脫氮的效率，其可能原因為Fe²⁺、Mn²⁺對該反應有催化作用．
（4）研究表明：NaClO₂/H₂O₂酸性復合吸收劑可同時有效脫硫、脫硝．圖4所示為復合吸收劑組成一定時，溫度對脫硫脫硝的影響．
①溫度高于60℃后，NO去除率隨溫度升高而下降的原因為溫度升高，H₂O₂分解速率加快．
②寫出廢氣中的SO₂與NaClO₂反應的離子方程式：2H₂O+ClO₂^-+2SO₂=Cl^-+2SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）SO₂（g）和H₂（g）反應生成S（s）和H₂O（g）的方程式為：SO₂（g）+2H₂（g）=S（s）+2H₂O（g），該反應可由已知的熱化學方程式推導，根據(jù)蓋斯定律計算該反應的焓變；
（2）①根據(jù)裝置圖分析，電解池陰極發(fā)生的反應為物質(zhì)得到電子被還原，注意到裝置中存在SO₄^2-，通入預氧化后的煙道氣，即SO₃，和氧氣，反應為SO₃和O₂反應，得到電子生成SO₄^2-，據(jù)此寫出電極反應方程式；
②反應將SO₂轉化為SO₃，是氧化還原反應，根據(jù)反應的電子得失守恒和電極反應方程式計算；
（3）①根據(jù)圖2，當廢氣中的NO含量增加時，好氧硝化反法的脫氮率呈現(xiàn)先降低后逐漸增大，而厭氧反硝化法的脫氮率逐漸降低，據(jù)此判斷；
②根據(jù)圖3，循環(huán)吸收液加入Fe²⁺、Mn²⁺提高了脫氮的效率，可能原因考慮金屬離子對反應的催化效果；
（4）①NaClO₂/H₂O₂酸性復合吸收劑可同時有效脫硫、脫硝，溫度高于60℃后，NO去除率隨溫度升高而下降，考慮到H₂O₂在溫度高時會分解，導致反應NO去除率下降，據(jù)此分析；
②廢氣中的SO₂與NaClO₂反應，NaClO₂具有氧化性，SO₂具有還原性，發(fā)生氧化還原反應，生成Cl^-，SO₄^2-，據(jù)此寫出反應的離子方程式．

解答 解：（1）已知：①2H₂S（g）+SO₂（g）═3S（s）+2H₂O（l）△H₁=a kJ/mol，
                         ②H₂S（g）═H₂（g）+S（s）△H₂=b kJ/mol，
                         ③H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=c kJ/mol，
SO₂（g）和H₂（g）反應生成S（s）和H₂O（g）的方程式為：SO₂（g）+2H₂（g）=S（s）+2H₂O（g），改反應可由①-②×2+③×2得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應的焓變?yōu)椤鱄=△H₁-2△H₂+2△H₃=（a-2b+2c）kJ/mol，
故答案為：SO₂（g）+2H₂（g）=S（s）+2H₂O（g）△H=（a-2b+2c）kJ/mol；
（2）①根據(jù)裝置圖分析，電解池陰極發(fā)生的反應為物質(zhì)得到電子被還原，注意到裝置中存在SO₄^2-，通入預氧化后的煙道氣，即SO₃，和氧氣，反應為SO₃和O₂反應，得到電子生成SO₄^2-，則陰極的電極反應方程式為：2SO₃+O₂+4e^-=2SO₄^2-，
故答案為：2SO₃+O₂+4e^-=2SO₄^2-；
②反應將SO₂轉化為SO₃，是氧化還原反應，根據(jù)裝置，掃出氣中含有SO₃和O₂，其中SO₃可轉變?yōu)镠₂SO₄，電解過程中轉移1mol電子，陰極反應式為：2SO₃+O₂+4e^-=2SO₄^2-，則反應產(chǎn)生SO₄^2-的物質(zhì)的量為0.5mol，則制得的硫酸的質(zhì)量為m=0.5mol×98g/mol=49g，用水吸收最多可制得質(zhì)量分數(shù)70%的硫酸的質(zhì)量為49g÷70%=70g，
故答案為：70；
（3））①根據(jù)圖2，當廢氣中的NO含量增加時，好氧硝化反法的脫氮率呈現(xiàn)先降低后逐漸增大，而厭氧反硝化法的脫氮率逐漸降低，因此宜選用好氧硝化法提高脫氮效率，
故答案為：好氧硝化；
②根據(jù)圖3，循環(huán)吸收液加入Fe²⁺、Mn²⁺提高了脫氮的效率，考慮金屬離子對反應的催化效果，則可能的原因是
Fe²⁺、Mn²⁺對該反應有催化作用，
故答案為：Fe²⁺、Mn²⁺對該反應有催化作用；
（4））①NaClO₂/H₂O₂酸性復合吸收劑可同時有效脫硫、脫硝，溫度高于60℃后，NO去除率隨溫度升高而下降，考慮到H₂O₂在溫度高時會分解，導致反應NO去除率下降，則溫度高于60℃后，NO去除率隨溫度升高而下降的原因為溫度升高，H₂O₂分解速率加快，
故答案為：溫度升高，H₂O₂分解速率加快；
②廢氣中的SO₂與NaClO₂反應，NaClO₂具有氧化性，SO₂具有還原性，發(fā)生氧化還原反應，生成Cl^-，SO₄^2-，則反應的離子方程式為：2H₂O+ClO₂^-+2SO₂=Cl^-+2SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2H₂O+ClO₂^-+2SO₂=Cl^-+2SO₄^2-+4H⁺．

點評 本題考查化學原理部分知識，包含熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的簡單應用，電化學知識，電極方程式的書寫及計算，氧化還原反應方程式的書寫和配平．題目涉及的知識點較多，較為綜合，題目難度中等．