活动项目(二)　基于真实情境分析氯酸氧化法脱硫脱硝工艺

活动项目(二)基于真实情境分析氯酸氧化法脱硫脱硝工艺氯酸氧化法脱硫脱硝工艺图示1．已知在氧化吸收塔中发生如下两个反应，请结合价类二维分析氧化吸收塔中的脱硫脱硝过程。13NO＋6HClO3＋5H2O===6HCl＋10HNO3＋3NO23SO2＋HClO3＋3H2O===3H2SO4＋HCl提示：结合反应可知HClO3能同时氧化NO与SO2，但有部分NO转化为NO2，SO2被氧化为H2SO4，所以在氧化吸收塔中完成了脱硫与部分脱硝。2．氧化吸收塔中未完全吸收的烟气将进入碱式吸收塔中进一步处理，请结合工艺图、价类二维分析碱式吸收塔中可能发生的化学反应。提示：碱式吸收塔中含NaOH，可发生反应：2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O；而

从

价

维

可

知Na2S作为还原剂能还原NO2，可发生反应：Na2S＋2NO2===Na2SO4＋N2。3．理论上NaOH或Na2S均可处理NO2，为何碱式吸收塔中要同时加入这两种吸收液？提示：在实际工业中，除了考虑物质转化以外，还需要考虑成本、脱除效率、反应条件、设备等因素。4．氧化吸收塔中吸收液pH对脱硫脱硝效率的影响结果如下图，请应用价类二维模型进行分析。提示：pH增大使HClO3的氧化性降低，降低了脱硫脱硝效率，因此二者曲线均下降。另外吸收液pH增大，溶液中OH－浓度增大，可以从物质的类维(酸性氧化物)对SO2进行吸收，所以脱硫效率相对于脱硝下降的幅度不大。归纳·融通价类二维是分析物质性质及其转化的模型，但在实际问题中除了结合价类二维外，我们还需要结合热力学、动力学、绿色化学、工程思维等，图示如下：答案：B

根据SO2和NO气体在水中的溶解度：SO2大于NO，SO2比NO更易溶于水，更容易发生反应；SO2脱除率高于NO的原因可能是SO2在水中的溶解度大于NO，故C正确。2．由次氯酸钠碱性废水(含有杂质Ca2＋)处理硫酸工业尾气的流程如下：(1)次氯酸钠不稳定，温度较高时会分解生成NaClO3，该反应的化学方程式为____________________________________________。②提高脱硫率的可行措施有____________________(填字母)。a．加快通入尾气的速率b．吸收塔中喷淋的碱液与气体逆向接触c．提高碱液pH③温度控制在40～60℃之间，脱硫率较高，原因是____________________________________________________________。(3)脱硫完成后过滤，滤渣的主要成分为__________________________(填化学式)。(4)为实现燃煤脱硫，向煤中加入浆状Mg(OH)2，使燃烧产生的SO2转化为稳定的MgSO4，写出该反应的化学方程式：____________________________________________________________________________。(5)为研究“CO还原SO2”的新技术，在反应器中加入0.10molSO2，改变加入CO的物质的量，反应后体系中产物随CO的变化如图所示。其中产物Y的化学式是____________。(6)研究表明：NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可同时有效脱硫、脱硝。写出废气中的SO2与NaClO2反应的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________。③根据次氯酸钠不稳定，温度较高时会分解生成NaClO3，温度控制在40～60℃之间，脱硫率较高，原因是温度过低，反应速率较慢，而温度过高，次氯酸钠不稳定会分解。(3)次氯酸钠碱性废水(含有杂质Ca2＋)进行脱硫，脱硫过程中生成了硫酸根，因此脱硫完成后过滤，滤渣的主要成分为CaSO4。(4)为实现燃煤脱硫，向煤中加入浆状Mg(OH)2，使燃烧产生的SO2转化为稳定的MgSO4，该反应的化学方程式：O2＋2SO2＋2Mg(OH)2===2MgSO4＋2H2O。1．(2021·山东等级考)工业上以SO2和纯碱为原料制备无水NaHSO3的主要流程如图，下列说法错误的是(

)A．吸收过程中有气体生成B．结晶后母液中含有NaHCO3C．气流干燥湿料时温度不宜过高D．中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3答案：B解析：根据工艺流程逆向分析可知，以二氧化硫和纯碱为原料，得到结晶成分为NaHSO3，则母液为饱和NaHSO3和过量的二氧化硫形成的亚硫酸，溶液呈酸性，所以加入纯碱进行中和，涉及的反应为H2SO3＋2Na2CO3===Na2SO3＋2NaHCO3，NaHSO3＋Na2CO3===Na2SO3＋NaHCO3，所以调节pH为8进行中和后得到Na2SO3和NaHCO3，通入二氧化硫气体进行混合吸收，此时吸收过程中发生反应为Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3↓，SO2＋NaHCO3===CO2＋NaHSO3↓，此时会析出大量NaHSO3晶体，经过离心分离，将得到的湿料再进行气流干燥，最终得到NaHSO3产品。根据上述分析可知，吸收过程中有二氧化碳生成，A正确；结晶后母液中含饱和NaHSO3和过量的二氧化硫形成的亚硫酸，没有NaHCO3，假设产物中存在NaHCO3，则其会与生成的NaHSO3发生反应，B错误；NaHSO3高温时易分解变质，所以气流干燥过程中温度不宜过高，C正确；结合分析可知，中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3，D正确。2．(2023·北京等级考)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。已知：酸性条件下，MnO2的氧化性强于Fe3＋。(1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除FeS2，有利于后续银的浸出：矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。①“浸锰”过程中，发生反应MnS＋2H＋===Mn2＋＋H2S↑，则可推断：Ksp(MnS)________(填“>”或“<”)Ksp(Ag2S)。②在H2SO4溶液中，银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有________________。(2)“浸银”时，使用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂，将Ag2S中的银以[AgCl2]－形式浸出。②结合平衡移动原理，解释浸出剂中Cl－、H＋的作用：_________________________________________________________________________________________________________________。(3)“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。①该步反应的离子方程式有______________________________________________________________________________________。②一定温度下，Ag的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释t分钟后Ag的沉淀率逐渐减小的原因：________________________________________________________________________________________。(4)结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：银锰精矿和氧化锰矿混合加H2SO4溶液，使矿石中的锰元素浸出，同时去除FeS2，矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中，浸锰液中主要的金属阳离子有Fe3＋、Mn2＋；浸锰渣中Ag2S与过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液反应，将Ag2S中的银以[AgCl2]－形式浸出，用铁粉把[AgCl2]－还原为金属银。(1)①硫化锰溶于强酸而硫化银不溶于强酸，则可推断：Ksp(MnS)>Ksp(Ag2S)；②根据信息，在H2SO4溶液中二氧化锰可将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Mn2＋，则浸锰液中主要的金属阳离子有Fe3＋、Mn2＋。(2)①Ag2S中S元素化合价升高，Fe元素化合价降低，根据得失电子守恒、元素守恒，该离子方程式为2Fe3＋＋Ag2S＋4Cl－

2Fe2＋＋2[AgCl2]－＋S；②Cl－是为了与Ag2S电离出的Ag＋结合生成[AgCl2]－，使平衡正向移动，提高Ag2S的浸出率；H＋是为了抑制Fe3＋水解，防止生成Fe(OH)3沉淀。(3)①铁粉可将[AgCl2]－还原为单质银，过量的铁粉还可以与铁离子发生反应，因此离子方程式为2[AgCl2]－＋Fe===Fe2＋＋2Ag＋4Cl－、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；②溶液中生成的Fe2＋会被空气中的氧气缓慢氧化为Fe3＋，Fe3＋把部分Ag氧化为Ag＋，因此tmin后银的沉淀率逐渐降低。(4)联合提取银和锰的优势在于“浸锰”过程可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，将银元素和锰元素分离开，利用MnO2的氧化性将FeS2中的Fe2＋氧化为Fe3＋，同时生成的Fe3＋还可以用于浸银，节约氧化剂，同时得到MnSO4。答案：(1)①>

②Fe3＋、Mn2＋

(2)①2Fe3＋＋Ag2S＋4Cl－

2Fe2＋＋2[AgCl2]－＋S

②Cl－是为了与Ag2S电离出的Ag＋结合生成[AgCl2]－，使平衡正向移动，提高Ag2S的浸出率；H＋是为了抑制Fe3＋水解，防止生成Fe(OH)3