Question

7．烟气（主要污染物SO₂、NO_x）经O₃预处理后用CaSO₃水悬浮液吸收，可减少烟气中SO₂、NO_x的含量．O₃氧化烟气中SO₂、NO_x的主要反应的热化学方程式为：
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）反应3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g）的△H=-317.3mol•L^-1．
（2）室温下，固定进入反应器的NO、SO₂的物质的量，改变加入O₃的物质的量，反应一段时间后体系中n（NO）、n（NO₂）和n（SO₂）随反应前n（O₃）：n（NO）的变化见下图．
①当n（O₃）：n（NO）＞1时，反应后NO₂的物质的量减少，其原因是O₃将NO₂氧化为更高价态氮氧化物．
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反应几乎不受影响，其可能原因是SO₂与O₃的反应速率慢．
（3）当用CaSO₃水悬浮液吸收经O₃预处理的烟气时，清液（pH约为8）中SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，其离子方程式为：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O．
（4）CaSO₃水悬浮液中加入Na₂SO₄溶液，达到平衡后溶液中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水悬浮液中加入Na₂SO₄溶液能提高NO₂的吸收速率，其主要原因是CaSO₃转化为CaSO₄使溶液中SO₃^2-的浓度增大，加快SO₃^2-与NO₂的反应速率．

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
根据盖斯定律，2×②+①可得：3NO（g）+O₃（g）=3NO₂（g），焓变进行相应的计算；
（2）①臭氧具有强氧化性，能氧化生成的NO₂；
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反应几乎不受影响，说明浓度对反应速率影响较小，可能是其反应速率较慢；
（3）溶液pH约为8，说明溶液呈碱性，SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，同时SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根据反应物和生成物书写离子方程式；
（4）CaSO₃水悬浮液中加入Na₂SO₄溶液，发生反应CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-，溶液中c（Ca²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$；根据CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-知，加入硫酸钠导致亚硫酸根离子浓度增大，浓度越大反应速率越大．

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
根据盖斯定律，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，
故答案为：-317.3；
（2）①当n（O₃）：n（NO）＞1时，臭氧过量，臭氧具有强氧化性，能将反应后NO₂氧化为更高价氮氧化物，导致二氧化氮减少，
故答案为：O₃将NO₂氧化为更高价态氮氧化物；
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反应几乎不受影响，说明浓度对反应速率影响较小，可能是SO₂与O₃的反应速率慢，
故答案为：SO₂与O₃的反应速率慢；
（3）溶液pH约为8，说明溶液呈碱性，SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，同时SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根据反应物和生成物书写离子方程式为SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O，
故答案为：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O；
（4）CaSO₃水悬浮液中加入Na₂SO₄溶液，发生反应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-）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}×c（S{{O}_{4}}^{2-}）$；
根据CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-知，加入硫酸钠导致c（SO₃^2-）增大，浓度越大反应速率越大，所以加快反应速率，提高NO₂的吸收速率，
故答案为：$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}×c（S{{O}_{4}}^{2-}）$；CaSO₃转化为CaSO₄使溶液中SO₃^2-的浓度增大，加快SO₃^2-与NO₂的反应速率．

点评 本题考查了溶度积常数计算、反应速率影响因素、氧化还原反应离子方程式的书写、盖斯定律等知识点，综合性较强，侧重考查学生分析计算能力，难点是（4）题计算，题目难度中等．