Question

12．某市對大氣進行監測，發現該市首要污染物可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5μm的懸浮顆粒物），其主要來源為燃煤、機動車尾氣等．因此PM2.5、SO₂、NO₂等你進行研究具有重要意義．請回答下列問題：
（1）對PM2.5樣本用適量蒸餾水處理制成待測試樣．測得該試樣所含水溶性無機離子的化學組分及其平均濃度如下表：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度/mol•L-1	4×10-6	6×10-4	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根據表中數據判斷PM2.5的酸堿性為酸性，試樣的PH值=4．
（2）為減少SO₂的排放，常采取的措施有：
①將煤轉化為清潔氣體燃料．
已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol^-1  
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol^-1
寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol
②洗滌含SO₂的煙氣．以下物質可作為洗滌劑的是ab．
a．Ca（OH）₂    b．Na₂CO₃    c．CaCl₂    d．NaHSO₃
（3）汽車尾氣中NOx和CO的生成及轉化
①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．
若1mol空氣含0.8mol N₂和0.2mol O₂，1300℃時在密閉容器內反應達到平衡．測得NO的物質的量為8×10^-4mol，計算該溫度下的平衡常數K=4×10^-6．汽車啟動后，氣缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是溫度升高，反應速率加快，平衡右移
②汽車燃油不完全燃燒時產生CO，有人設想按下列反應除去CO：2CO（g）=2C（s）+O₂（g），已知該反應的△H＞0，簡述該設想能否實現的依據：因為該反應的△H＞0，△S＜0，所以任何溫度下均不自發進行；
③目前，在汽車尾氣系統中裝置催化轉化器可減少CO和NO的污染，其化學反應方程式為2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）依據電荷守恒，求出氫離子的濃度，帶入pH計算公式；
（2）①利用蓋斯定律，通過已知熱化學方程式運算得目標熱化學方程式；
②依據二氧化硫的性質：是一種酸性氧化物可以和堿反應，二氧化硫溶于水得亞硫酸，酸性強于碳酸，所以可以和碳酸鈉溶液反應；
（3）①列三段表示出各種物質平衡時的濃度，帶入平衡常數表達式；N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，該反應是吸熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡向正方向移動，單位時間內產生的NO多；
②利用反應能否自發進行的判據△H-T△S；
③CO和NOx在催化劑的作用下發生氧化還原反應生成無毒的二氧化碳和氮氣．

解答 解：（1）根據電荷守恒得：[H⁺]+[K⁺]+[Na⁺]+[NH₄⁺]=2[SO₄^2-]+[NO₃^-]+[Cl^-]，將表中數據帶入得：[H⁺]=10^-4，pH=-lg[H⁺]=4，溶液呈酸性，
故答案為：酸性；4；
（2）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂0 （g）△H=-241.8kJ•mol^-1 ①
 C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO （g）△H=-110.5kJ•mol^-1②
利用蓋斯定律將方程式變形：②-①得 C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol；
②二氧化硫是酸性氧化物所以具有酸性氧化物的通性能夠與堿反應：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O；
二氧化硫水溶液是亞硫酸所以也能夠與碳酸鈉反應：SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂↑所以可以用氫氧化鈣溶液和碳酸鈉溶液做洗滌劑； 二氧化硫與氯化鈣溶液不反應，且在亞硫酸氫鈉溶液中的溶解度很小，所以不能用氯化鈣和亞硫酸氫鈉溶液做洗滌液，
故答案為：ab；
（3）①設反應容器的體積是aL
根據題意得：
                  N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
 初始濃度     $\frac{0.8}{a}$           $\frac{0.2}{a}$          0         
 
轉化濃度      $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$     $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$     $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$，
           
平衡濃度   $\frac{0.8}{a}$-$\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$   $\frac{0.2}{a}$-$\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$    $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$    將各種物質的濃度帶入表達式 得K=$\frac{[NO]^{2}}{[{N}_{2}][{O}_{2}]}$≈4×10^-6，
氣缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是溫度升高，反應速率加快，平衡右移；
故答案為：4×10^-6；溫度升高，反應速率加快，平衡右移；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）是一個熵值減小的反應即：△S＜0，同時又是一個△H＞O，所以△H-T△S一定大于0，所以任何條件下不能自發進行，
故答案為：因為該反應的△H＞0，△S＜0，所以任何溫度下均不自發進行；
③CO和NOx在催化劑發生反應：2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，故答案為：2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

點評 本題考查了pH值的計算、蓋斯定律求反應熱、化學平衡常數的計算、反應進行方向的判斷，題目綜合性非常強，涉及知識點多，難度中等，同時又結合了環境的污染和治理，題目又比較新穎，是高考的熱門話題，解題時應該結合相應的知識，認真解答．