Question

【題目】某冶煉廠利用含ZnO的煙灰脫除工業廢氣中的SO2，最終得到鋅鹽。該廠所用煙灰的主要成分如下表所示：

主要成分	ZnO	CaO	Fe2O3	SiO2	其它
質量分數/%	81	0.098	1.14	0.5	————

在一定條件下，將含SO2的工業廢氣通入煙灰漿液(煙灰和水的混合物)進行脫硫，過程中測得pH和上清液中溶解的SO2物質的量濃度[c(SO2)]隨時間的變化如圖所示：

(1)純ZnO漿液的pH為6.8，但上述煙灰漿液的初始pH為7.2。在開始脫硫后3 min內(a~b段)，pH迅速降至6.8，引起pH迅速變化的原因是_____(結合化學用語解釋)。

(2)生產中脫除SO2效果最佳的時間范圍是_____(填字母序號)。

A．20~30 min B．30~40 min C．50~60 min D．70~80 min

(3)在脫硫過程中涉及到的主要反應原理：

Ⅰ．ZnO + SO2 === ZnSO3↓

Ⅱ．ZnSO3 + SO2 + H2O === Zn(HSO3)2

①在30~40 min時，主要發生反應II，生成可溶性的Zn(HSO3)2。上清液中c(SO2)上升的原因可能是______。

②在30~80 min時，pH降低的原因可能是______(寫出2點)。

③將脫硫后的混合物利用空氣氧化技術處理，該過程中發生反應：2ZnSO3 + O2 === 2ZnSO4和______。

Answer 1

【答案】Ca(OH)2優先與SO2發生反應，Ca(OH)2 + SO2 === CaSO3↓ + H2O，由于Ca(OH)2的量太少，很快消耗完，所以漿液的pH迅速下降至6.8 A 上清液中溶解的SO2存在平衡：SO2 + H2OH2SO3H+ + HSO3-，30~40 min時，溶液中的SO2發生反應II，由于反應II生成可溶性的Zn(HSO3)2，c(HSO3-)增大[或c(H+)增大]，上述平衡逆向移動，所以上清液中c(SO2)升高 HSO3— H+ + SO32— SO2 + H2OH2SO3H+ + HSO3- 2HSO3— + O2 === 2H+ + 2SO42— Zn(HSO3)2 + O2 === ZnSO4 + H2SO4 (Zn(HSO4)2或離子方程式正確)

【解析】

（1）根據煙灰中的成分，氧化鋅不與水反應，CaO與H2O反應生成Ca(OH)2，CaSO3為微溶物，因此Ca(OH)2優先與SO2發生反應，Ca(OH)2＋SO2=CaSO3↓＋H2O，但煙灰中CaO的含量為0.098%，含量較少，很快消耗完，因此漿液的pH迅速下降至6.8；

（2）根據圖像，10～20min時，上清液中c(SO2)最低，即脫除效果最佳，故選項A正確；

（3）①上清液中溶解的SO2存在平衡：SO2 + H2OH2SO3H+ + HSO3-，30~40 min時，溶液中的SO2發生反應II，由于反應II生成可溶性的Zn(HSO3)2，c(HSO3-)增大，上述平衡逆向移動，所以上清液中c(SO2)升高；

②反應生成Zn(HSO3)2，HSO3－在溶液中以電離為主，即HSO3－H＋＋SO32－，溶液顯酸性，pH降低；HSO3－以還原性為主，溶液被氧氣氧化，離子方程式為2HSO3－＋O2=2H＋＋2SO42－，c(H＋)增大，pH降低；30～80min，上清液中c(SO2)增大，該SO2 + H2OH2SO3H+ + HSO3-，平衡向正反應反應進行，c(H＋)增大，pH降低；

③根據脫硫過程中涉及到的反應，利用氧氣把ZnSO3、Zn(HSO3)2氧化，2ZnSO3＋O2=ZnSO4，Zn(HSO3)2＋O2=ZnSO4＋H2SO4。