Question

某冶炼厂利用含ZnO的烟灰脱除工业废气中的SO₂，最终得到锌盐。该厂所用烟灰的主要成分如下表所示：

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

在一定条件下，将含SO₂的工业废气通入烟灰浆液(烟灰和水的混合物)进行脱硫，过程中测得pH和上清液中溶解的SO₂物质的量浓度[c(SO₂)]随时间的变化如图所示：

(1)纯ZnO浆液的pH为6.8，但上述烟灰浆液的初始pH为7.2。在开始脱硫后3 min内(a~b段)，pH迅速降至6.8，引起pH迅速变化的原因是_____(结合化学用语解释)。

(2)生产中脱除SO₂效果最佳的时间范围是_____(填字母序号)。

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

(3)在脱硫过程中涉及到的主要反应原理：

Ⅰ．ZnO + SO₂ === ZnSO₃↓

Ⅱ．ZnSO₃ + SO₂ + H₂O === Zn(HSO₃)₂

①在30~40 min时，主要发生反应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时，pH降低的原因可能是______(写出2点)。

③将脱硫后的混合物利用空气氧化技术处理，该过程中发生反应：2ZnSO₃ + O₂ === 2ZnSO₄和______。

Answer

Ca(OH)2优先与SO2发生反应，Ca(OH)2 + SO2 === CaSO3↓ + H2O，由于Ca(OH)2的量太少，很快消耗完，所以浆液的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时，溶液中的SO2发生反应II，由于反应II生成可溶性的Zn(HSO3)2，c(HSO3-)增大[或c(H+)增大]，上述平衡逆向移动，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或离子方程式正确)

【解析】

（1）根据烟灰中的成分，氧化锌不与水反应，CaO与H2O反应生成Ca(OH)2，CaSO3为微溶物，因此Ca(OH)2优先与SO2发生反应，Ca(OH)2＋SO2=CaSO3↓＋H2O，但烟灰中CaO的含量为0.098%，含量较少，很快消耗完，因此浆液的pH迅速下降至6.8；

（2）根据图像，10～20min时，上清液中c(SO2)最低，即脱除效果最佳，故选项A正确；

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

②反应生成Zn(HSO3)2，HSO3－在溶液中以电离为主，即HSO3－H＋＋SO32－，溶液显酸性，pH降低；HSO3－以还原性为主，溶液被氧气氧化，离子方程式为2HSO3－＋O2=2H＋＋2SO42－，c(H＋)增大，pH降低；30～80min，上清液中c(SO2)增大，该SO2 + H2OH2SO3H+ + HSO3-，平衡向正反应反应进行，c(H＋)增大，pH降低；

③根据脱硫过程中涉及到的反应，利用氧气把ZnSO3、Zn(HSO3)2氧化，2ZnSO3＋O2=ZnSO4，Zn(HSO3)2＋O2=ZnSO4＋H2SO4。