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【題目】霧霾天氣頻繁出現,嚴重影響人們的生活和健康。其中首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5,其主要來源為燃煤、機動車尾氣等。因此,對PM2.5、SO2、NOx等進行研究具有重要意義。請回答下列問題:

(1)將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣。

若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

4×10-6

6×10-6

2×10-5

4×10-5

3×10-5

2×10-5

根據表中數據判斷試樣的pH=

(2)汽車尾氣中NOx和CO的生成

已知汽缸中生成NO的反應為:N2(g)+O2(g)2NO(g) H>0恒溫,恒容密閉容器中,下列說法中能說明該反應達到化學平衡狀態的是____

A.混合氣體的密度不再變化 B.混合氣體的平均分子量不再變化

C.N2、O2、NO的物質的量之比為112 D.氧氣的百分含量不再變化

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,則該設想能否實現______________(填不能

(3)為減少SO2的排放,常采取的措施有:

將煤轉化為清潔氣體燃料。已知:H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) H=-241.8kJ·mol-1

C(s)+1/2O2(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:

洗滌含SO2的煙氣

(4)汽車尾氣凈化的主要原理:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)H<0若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行,下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態的是__(填序號)。(如圖中v、K、n、w分別表示正反應速率、平衡常數、物質的量、質量分數)

(5)車輛排放的氮氧化物、煤燃燒產生的二氧化硫是導致霧霾天氣的罪魁禍首之一。活性炭可處理大氣污染物NO。在5L密閉容器中加入NO和活性炭(假設無雜質)。一定條件下生成氣體E和F。當溫度分別在T1和T2時,測得各物質平衡時物質的量(n/mol)如下表:

物質

溫度/

活性炭

NO

E

F

初始

3.000

0.10

0

0

T1

2.960

0.020

0.040

0.040

T2

2.975

0.050

0.025

0.025

(1)寫出NO與活性炭反應的化學方程式______________________

(2)計算上述反應T1時的平衡常數K1=__________________若T1<T2,則該反應的H_0(填)。

(3)上述反應T1時達到化學平衡后再通入0.1molNO氣體,則達到新化學平衡時NO的轉化率為____________

【答案】(1)4 (2分) (2)D (1分)不能(1分)

(3)C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H= +131.3 kJmol-1 (4)BD(2分)

(5)C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)4(2分)<80%(2分)

【解析】

試題分析:(1)根據溶液呈電中性可得c(K+)+c(Na+)+c(NH4+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(NO3)+c(Cl),將溶液中已知離子的物質的量濃度代入上式,可得4×10-6+6×10-6+2×10-5+ c(H+)=2×4×10-5+3×10-5+2×10-5,解得c(H+)=1×10-4mol/L,所以溶液的pH=4;

(2)A、密度是混合氣的質量和容器容積的比值,在反應過程中質量和容積始終是不變的,所以混合氣體的密度不再變化不能說明反應達到平衡狀態,A錯誤B、混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值,質量和物質的量均是不變,所以混合氣體的平均分子量不再變化不能說明反應達到平衡狀態,B錯誤C、N2、O2、NO的物質的量之比為112不能說明正逆反應速率相等,反應不一定達到平衡狀態,C錯誤D.氧氣的百分含量不再變化說明反應達到平衡狀態,D正確,答案選D。

2CO(g)2C(s)+O2(g)H>0,反應是焓變增大,熵變減小的反應,H>0,S<0,則H-TS>0,反應任何溫度下都不能自發進行;

(3)已知:H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) H=-241.8kJ·mol-1

C(s)+1/2O2(g) =CO(g)H =-110.5kJ·mol-1

根據蓋斯定律可知即得到焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式:

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H= +131.3 kJmol-1

(4)A、t1時正反應速率仍然在變化,說明沒有達到平衡狀態,A錯誤;B、t1時平衡常數不再變化,正逆反應速率相等,說明達到了平衡狀態,B正確;C、t1時二氧化碳和一氧化氮的物質的量還在變化,說明正逆反應速率不相等,反應沒有達到平衡狀態,C錯誤;D、t1時一氧化氮的質量分數不再變化,表明正逆反應速率相等,達到了平衡狀態,D正確;答案選BD;

(5)從表中數據可知,碳一氧化氮E和F的化學計量數之比為0.04:0.08:0.08:0.08=1:2:1:1,則反應中碳被氧化,結合原子守恒可知,生成氮氣和二氧化碳,且該反應是可逆反應,所以化學方程式 C+2NOCO2+N2

平衡時氧化氮氮氣的濃度為0.04mol÷5L=0.008mol/L,氧化碳的濃度為0.02mol÷5L=0.004mol/L,則平衡常數K1=0.008×0.008/0.0042=4;若T1<T2,根據表中數據可知升高溫度反應物轉化率減小,則該反應的H<0。

反應T1時達到化學平衡后再通入0.1molNO氣體,根據方程式計算

C+ 2NOCO2 + N2

起始物質的量 0.20 0 0

改變物質的量 2n n n

平衡時物質的量 0.2-2n n n

則平衡常數K=解n=0.08mol,則轉化率為×100%= 80%

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編號

實驗

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溫度/℃

25

80

230

平衡常數

5×104

2

1.9×10﹣5

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