Question

2．SO₂和氮氧化物的转化和综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境．
（1）H₂还原法是处理燃煤烟气中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
写出SO₂（g）和H₂（g）反应生成S（s）和H₂O（g）的热化学方程式：SO₂（g）+2H₂（g）=S（s）+2H₂O（g）△H=（a-2b+2c）kJ/mol．
（2）20世纪80年代Townley首次提出利用电化学膜脱除烟气中SO₂的技术：将烟气预氧化使SO₂转化为SO₃，再将预氧化后的烟气利用如图1所示原理净化利用．

①阴极反应方程式为2SO₃+O₂+4e^-=2SO₄^2-．
②若电解过程中转移1mol电子，所得“扫出气”用水吸收最多可制得质量分数70%的硫酸70g．
（3）利用脱氮菌可净化低浓度NO废气．当废气在塔内停留时间均为90s的情况下，测得不同条件下NO的脱氮率如图2、3所示．
①由图2知，当废气中的NO含量增加时，宜选用好氧硝化法提高脱氮效率．
②图3中，循环吸收液加入Fe²⁺、Mn²⁺提高了脱氮的效率，其可能原因为Fe²⁺、Mn²⁺对该反应有催化作用．
（4）研究表明：NaClO₂/H₂O₂酸性复合吸收剂可同时有效脱硫、脱硝．图4所示为复合吸收剂组成一定时，温度对脱硫脱硝的影响．
①温度高于60℃后，NO去除率随温度升高而下降的原因为温度升高，H₂O₂分解速率加快．
②写出废气中的SO₂与NaClO₂反应的离子方程式：2H₂O+ClO₂^-+2SO₂=Cl^-+2SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）SO₂（g）和H₂（g）反应生成S（s）和H₂O（g）的方程式为：SO₂（g）+2H₂（g）=S（s）+2H₂O（g），该反应可由已知的热化学方程式推导，根据盖斯定律计算该反应的焓变；
（2）①根据装置图分析，电解池阴极发生的反应为物质得到电子被还原，注意到装置中存在SO₄^2-，通入预氧化后的烟道气，即SO₃，和氧气，反应为SO₃和O₂反应，得到电子生成SO₄^2-，据此写出电极反应方程式；
②反应将SO₂转化为SO₃，是氧化还原反应，根据反应的电子得失守恒和电极反应方程式计算；
（3）①根据图2，当废气中的NO含量增加时，好氧硝化反法的脱氮率呈现先降低后逐渐增大，而厌氧反硝化法的脱氮率逐渐降低，据此判断；
②根据图3，循环吸收液加入Fe²⁺、Mn²⁺提高了脱氮的效率，可能原因考虑金属离子对反应的催化效果；
（4）①NaClO₂/H₂O₂酸性复合吸收剂可同时有效脱硫、脱硝，温度高于60℃后，NO去除率随温度升高而下降，考虑到H₂O₂在温度高时会分解，导致反应NO去除率下降，据此分析；
②废气中的SO₂与NaClO₂反应，NaClO₂具有氧化性，SO₂具有还原性，发生氧化还原反应，生成Cl^-，SO₄^2-，据此写出反应的离子方程式．

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）反应生成S（s）和H₂O（g）的方程式为：SO₂（g）+2H₂（g）=S（s）+2H₂O（g），改反应可由①-②×2+③×2得到，根据盖斯定律，该反应的焓变为△H=△H₁-2△H₂+2△H₃=（a-2b+2c）kJ/mol，
故答案为：SO₂（g）+2H₂（g）=S（s）+2H₂O（g）△H=（a-2b+2c）kJ/mol；
（2）①根据装置图分析，电解池阴极发生的反应为物质得到电子被还原，注意到装置中存在SO₄^2-，通入预氧化后的烟道气，即SO₃，和氧气，反应为SO₃和O₂反应，得到电子生成SO₄^2-，则阴极的电极反应方程式为：2SO₃+O₂+4e^-=2SO₄^2-，
故答案为：2SO₃+O₂+4e^-=2SO₄^2-；
②反应将SO₂转化为SO₃，是氧化还原反应，根据装置，扫出气中含有SO₃和O₂，其中SO₃可转变为H₂SO₄，电解过程中转移1mol电子，阴极反应式为：2SO₃+O₂+4e^-=2SO₄^2-，则反应产生SO₄^2-的物质的量为0.5mol，则制得的硫酸的质量为m=0.5mol×98g/mol=49g，用水吸收最多可制得质量分数70%的硫酸的质量为49g÷70%=70g，
故答案为：70；
（3））①根据图2，当废气中的NO含量增加时，好氧硝化反法的脱氮率呈现先降低后逐渐增大，而厌氧反硝化法的脱氮率逐渐降低，因此宜选用好氧硝化法提高脱氮效率，
故答案为：好氧硝化；
②根据图3，循环吸收液加入Fe²⁺、Mn²⁺提高了脱氮的效率，考虑金属离子对反应的催化效果，则可能的原因是
Fe²⁺、Mn²⁺对该反应有催化作用，
故答案为：Fe²⁺、Mn²⁺对该反应有催化作用；
（4））①NaClO₂/H₂O₂酸性复合吸收剂可同时有效脱硫、脱硝，温度高于60℃后，NO去除率随温度升高而下降，考虑到H₂O₂在温度高时会分解，导致反应NO去除率下降，则温度高于60℃后，NO去除率随温度升高而下降的原因为温度升高，H₂O₂分解速率加快，
故答案为：温度升高，H₂O₂分解速率加快；
②废气中的SO₂与NaClO₂反应，NaClO₂具有氧化性，SO₂具有还原性，发生氧化还原反应，生成Cl^-，SO₄^2-，则反应的离子方程式为：2H₂O+ClO₂^-+2SO₂=Cl^-+2SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：2H₂O+ClO₂^-+2SO₂=Cl^-+2SO₄^2-+4H⁺．

点评 本题考查化学原理部分知识，包含热化学方程式的书写，盖斯定律的简单应用，电化学知识，电极方程式的书写及计算，氧化还原反应方程式的书写和配平．题目涉及的知识点较多，较为综合，题目难度中等．