Question

7．煙氣（主要污染物SO₂、NO_x）經O₃預處理后用CaSO₃水懸浮液吸收，可減少煙氣中SO₂、NO_x的含量．O₃氧化煙氣中SO₂、NO_x的主要反應的熱化學方程式為：
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）反應3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g）的△H=-317.3mol•L^-1．
（2）室溫下，固定進入反應器的NO、SO₂的物質的量，改變加入O₃的物質的量，反應一段時間后體系中n（NO）、n（NO₂）和n（SO₂）隨反應前n（O₃）：n（NO）的變化見下圖．
①當n（O₃）：n（NO）＞1時，反應后NO₂的物質的量減少，其原因是O₃將NO₂氧化為更高價態氮氧化物．
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反應幾乎不受影響，其可能原因是SO₂與O₃的反應速率慢．
（3）當用CaSO₃水懸浮液吸收經O₃預處理的煙氣時，清液（pH約為8）中SO₃^2-將NO₂轉化為NO₂^-，其離子方程式為：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O．
（4）CaSO₃水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液，達到平衡后溶液中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水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液能提高NO₂的吸收速率，其主要原因是CaSO₃轉化為CaSO₄使溶液中SO₃^2-的濃度增大，加快SO₃^2-與NO₂的反應速率．

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
根據蓋斯定律，2×②+①可得：3NO（g）+O₃（g）=3NO₂（g），焓變進行相應的計算；
（2）①臭氧具有強氧化性，能氧化生成的NO₂；
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反應幾乎不受影響，說明濃度對反應速率影響較小，可能是其反應速率較慢；
（3）溶液pH約為8，說明溶液呈堿性，SO₃^2-將NO₂轉化為NO₂^-，同時SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根據反應物和生成物書寫離子方程式；
（4）CaSO₃水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液，發生反應CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-，溶液中c（Ca²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$；根據CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-知，加入硫酸鈉導致亞硫酸根離子濃度增大，濃度越大反應速率越大．

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
根據蓋斯定律，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，
故答案為：-317.3；
（2）①當n（O₃）：n（NO）＞1時，臭氧過量，臭氧具有強氧化性，能將反應后NO₂氧化為更高價氮氧化物，導致二氧化氮減少，
故答案為：O₃將NO₂氧化為更高價態氮氧化物；
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反應幾乎不受影響，說明濃度對反應速率影響較小，可能是SO₂與O₃的反應速率慢，
故答案為：SO₂與O₃的反應速率慢；
（3）溶液pH約為8，說明溶液呈堿性，SO₃^2-將NO₂轉化為NO₂^-，同時SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根據反應物和生成物書寫離子方程式為SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O，
故答案為：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O；
（4）CaSO₃水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液，發生反應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-）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}×c（S{{O}_{4}}^{2-}）$；
根據CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-知，加入硫酸鈉導致c（SO₃^2-）增大，濃度越大反應速率越大，所以加快反應速率，提高NO₂的吸收速率，
故答案為：$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}×c（S{{O}_{4}}^{2-}）$；CaSO₃轉化為CaSO₄使溶液中SO₃^2-的濃度增大，加快SO₃^2-與NO₂的反應速率．

點評 本題考查了溶度積常數計算、反應速率影響因素、氧化還原反應離子方程式的書寫、蓋斯定律等知識點，綜合性較強，側重考查學生分析計算能力，難點是（4）題計算，題目難度中等．