Question

【題目】有效脫除煙氣中的SO2是環(huán)境保護(hù)的重要課題。

(1)氨水可以脫除煙氣中的SO2。氨水脫硫的相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：

2NH3(g) +H2O(l) +SO2(g) =(NH4)2SO3(aq) ΔH= akJ·mol1

(NH4)2SO3(aq)+H2O(l) +SO2(g) =2NH4HSO3(aq) ΔH = bkJ·mol1

2(NH4)2SO3(aq) +O2(g) =2(NH4)2SO4(aq) ΔH =ckJ·mol1

反應(yīng)NH3(g) +NH4HSO3(aq) +O2(g) = (NH4)2SO4(aq)的ΔH=____kJ·mol1。

已知：SO2的國家排放標(biāo)準(zhǔn)為80mg·m3。氨水脫除煙氣中的SO2是在吸收塔中進(jìn)行的，控制其他實(shí)驗(yàn)條件相同，僅改變吸收塔的溫度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如題圖-1所示，為了盡可能獲得NH4HSO3，則吸收塔合適的溫度約為________。

A．25℃ B．31℃ C．35℃

(2)電解法可以脫除煙氣中的SO2。用Na2SO4溶液吸收煙氣中的SO2，使用惰性電極電解吸收后的溶液，H2SO3在陰極被還原為硫單質(zhì)，陰極的電極反應(yīng)式為_______。

(3)鈉鈣雙堿法可高效脫除煙氣中的SO2，脫硫的流程如題圖-2所示。

①“吸收”時(shí)氣液逆流在吸收塔中接觸，吸收時(shí)不宜直接使用石灰乳的原因是_______。

②水溶液中H2SO3、HSO、SO隨pH的分布如題圖3所示，“再生液”用NaOH溶液調(diào)pH至7~9得到溶液X，溶液X吸收SO2時(shí)主要反應(yīng)的離子方程式為______。

③已知Na2SO3的溶解度隨著pH增大而減小。溶液X的pH對脫硫效率的影響如題圖-4所示。當(dāng)pH由6升高到7時(shí)，脫硫效率迅速增大的原因?yàn)?/span>______；當(dāng)pH大于7時(shí)，隨pH增大脫硫效率增速放緩的原因?yàn)?/span>______。

Answer 1

【答案】 B H2SO3 + 4e + 4H+ = S↓+ 3H2O 使用石灰乳會(huì)生成難溶的CaSO3，引起吸收塔堵塞 SO+ SO2 + H2O = 2HSO “再生液”中Na2SO3的濃度增大，吸收SO2的效率增強(qiáng) 隨著pH進(jìn)一步增大，“再生液”中Na2SO3的溶解度因pH增大而減小，Na2SO3會(huì)析出，Na2SO3濃度減小，脫硫效率增速放緩。

【解析】

利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，選擇合適溫度時(shí)，要使NH4HSO3的含量較多，二氧化硫和氨氣的含量較少。根據(jù)化合價(jià)的變化寫出電極反應(yīng)式。二氧化硫會(huì)與石灰乳反應(yīng)產(chǎn)物亞硫酸鈣的溶解性分析。根據(jù)圖像可以看出亞硫酸根的濃度在增大，寫出亞硫酸根與二氧化硫反應(yīng)的離子方程式。“再生液”中Na2SO3的濃度變化分析吸收效率的變化。根據(jù)Na2SO3的溶解度隨著pH增大而減小分析。

(1)①2NH3(g) +H2O(l) +SO2(g) =(NH4)2SO3(aq) ΔH= akJ·mol1

②(NH4)2SO3(aq)+H2O(l) +SO2(g) =2NH4HSO3(aq) ΔH = bkJ·mol1

③2(NH4)2SO3(aq) +O2(g) =2(NH4)2SO4(aq) ΔH =ckJ·mol1

根據(jù)蓋斯定律，將(①-②+③)，可得到反應(yīng)NH3(g) +NH4HSO3(aq) +O2(g) = (NH4)2SO4(aq)的ΔH=kJ·mol1；

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如題圖-1所示，為了盡可能獲得NH4HSO3，則吸收塔合適的溫度約為：溫度在25℃是亞硫酸氫銨的量不多，31℃時(shí)亞硫酸氫銨的含量較多，氨氣和二氧化硫的量較小，符合要求，35℃時(shí)亞硫酸氫銨的含量較多，氨氣和二氧化硫的量較多，不符合要求，選擇合適的溫度是31℃，答案選B；

(2)H2SO3在陰極被還原為硫單質(zhì)，硫元素的化合價(jià)從+4降低到0價(jià)，1molH2SO3失去4mol電子，陰極的電極反應(yīng)式為H2SO3 + 4e + 4H+ = S↓+ 3H2O；

(3)①吸收二氧化硫時(shí)，不宜直接使用石灰乳的原因是：二氧化硫與石灰乳中的氫氧化鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣，CaSO3屬于難溶的物質(zhì)，引起吸收塔堵塞；

② “再生液”用NaOH溶液調(diào)pH至7~9得到溶液X，主要含有亞硫酸鈉，亞硫酸鈉溶液吸收SO2生成亞硫酸氫鈉，主要反應(yīng)的離子方程式為：SO+ SO2 + H2O = 2HSO；

③從圖像可以看出，當(dāng)pH由6升高到7時(shí)，亞硫酸鈉溶液的濃度在增大，脫硫效率迅速增大的原因是“再生液”中Na2SO3的濃度增大，吸收SO2的效率增強(qiáng)；當(dāng)pH大于7時(shí)，Na2SO3的溶解度隨著pH增大而減小，亞硫酸鈉會(huì)析出，亞硫酸鈉濃度減小，隨pH增大脫硫效率增速放緩。