Question

煤燃烧排放的烟气含有SO₂和NO，形成酸雨、污染大气，采用NaClO₂溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，回答下列问题：

（1）NaClO₂中Cl元素的价态为_______。

（2）在鼓泡反应器中通入含有含有SO₂和NO的烟气，反应温度为323 K，NaClO₂溶液浓度为5×10⁻³mol·L⁻¹ 。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表:

离子	SO4^2−	SO3^2−	NO3^−	NO2^−	Cl^−
c/（mol·L^−1）	8.35×10^−4	6.87×10^−6	1.5×10^−4	1.2×10^−5	3.4×10^−3

①在NaClO₂溶液脱硝的主要反应中，参加反应的n（ClO₂^-）：n（NO）=_________，增加压强，NO的转化率______（填“提高”“不变”或“降低”）。

②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐_______（填“升高”“不变”或“降低”）。

③由实验结果可知，脱硫反应速率______脱硝反应速率（填“大于”或“小于”）。原因是除了SO₂和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是___________。

（3）在不同温度下，NaClO₂溶液脱硫、脱硝的反应中，SO₂和NO的平衡分压p_c如下图所示：

=

①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均____（填“增大”“不变”或“减小”）。

②反应ClO₂⁻+2SO₃²⁻===2SO₄²⁻+Cl⁻的平衡常数K表达式为___________。

Answer

+3 3:4 提高 降低 大于 SO2的还原性强于NO 增大

【解析】

（1）根据在化合物中，元素化合价的代数和为零进行解答；

（2）①NaClO2溶液脱硝过程中，NO转化为NO3-、NO2-，主要转化为NO3-，书写离子方程式时运用得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，得到4NO+3ClO2-+4OH−=4 NO3-+2H2O+3Cl−。上述反应是气体分子数减小的反应，增加压强有利于反应正向进行，使NO的转化率提高；

②根据上述反应可知，随着吸收反应的进行，溶液中c(H+)逐渐增大，pH逐渐减小；

③由实验结果看出，溶液中含硫离子的浓度大于含氮离子的浓度，所以脱硫反应速率大于脱硝反应速率。这可能是因为NO溶解度较低、脱硝反应活化能较高等；

（3）①纵坐标是平衡分压的负对数，反应温度升高，SO2和NO的平衡分压的负对数减小，即平衡分压增大，说明平衡逆向移动，所以平衡常数减小；

②根据平衡常数表达式的规则书写即可。

（1）NaClO2中，钠元素的化合价是+1价，氧元素的化合价是-2价，设Cl元素的化合价为x，则（+1）+x+（-2）2=0，则x=+3价；

（2）①亚氯酸钠具有氧化性，则NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式为2H2O＋3ClO2－＋4NO＝4NO3－＋3Cl－＋4H＋，故参加反应的n（ClO2-）：n（NO）=3:4；

正反应是体积减小的，则增加压强，NO的转化率提高；

②根据反应的方程式2H2O＋3ClO2－＋4NO＝4NO3－＋3Cl－＋4H＋、2H2O＋3ClO2－＋4NO＝4NO3－＋3Cl－＋4H＋可知随着吸收反应的进行氢离子浓度增大，吸收剂溶液的pH逐渐降低；

③由实验结果可知，在相同时间内硫酸根离子的浓度增加的多，因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是二氧化硫的还原性强于NO，易被氧化；

（3）①由图分析可知，反应温度升高，O2和NO的平衡分压减小，这说明反应向正反应方向进行，因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均增大；

②反应ClO2−+2SO32−=2SO42−+Cl−的平衡常数K表达式为K=。