Question

8．某市對大氣進行監測，發現該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5um的懸浮顆粒物）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）對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⁺ SO₄^2- NO₃^- Cl^-
    濃度/mol•L^-1 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：
將煤轉化為清潔氣體燃料．已知：
H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
C（s）+1/2O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol
寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol；
（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空氣含有0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時在密閉容器內反應達到平衡．測得NO為8×10^-4mol．計算該溫度下的平衡常數約為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，簡述該設想能否現的依據：該反應是焓增、熵減的反應．根據△G=△H-T△S，△G＞0，不能實現．
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+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$ 2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）觀察表格中發現NH₄⁺水解顯酸性，PM2.5的酸堿性為酸性；
（2）利用蓋斯定律計算反應熱，將②-①可得；
（3）①計算出平衡時各種物質的物質的量，結合平衡常數的表達式計算，依據化學反應速率和平衡移動原理分析判斷；
②根據G=△H-T•△S判斷反應能否自發進行；
③CO和NO催化氧化生成氮氣和二氧化碳；

解答 解：（1）觀察表格中發現NH₄⁺水解顯酸性，PM2.5的酸堿性為酸性．試樣的pH值根據溶液中電荷守恒計算H+離子濃度為10^-4，PH值為4，故答案為：酸性；4；
（2）①已知：①H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C （s）+$\frac{1}{3}$O₂ （g）=CO （g）；△H=-110.51kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，將②-①可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=（-110.51kJ•mol^-1）-（-241.81kJ•mol^-1）=++13l.3 kJ•mol^-1；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.3 kJ•mol^-1；
（3）①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若氣缸中進入1mol空氣（1mol空氣含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃時在密閉容器內反應達到平衡．測得NO為8×10^-4mol，反應前后氣體物質的量相同，計算平衡常數時可以用物質的量代替平衡濃度計算，先計算物質的平衡量，N₂為0.8mol-4×10^-4 mol，O₂為0.2mol-4×10^-4 mol，帶入平衡常數表達式即可，書寫計算得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}mol）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）mol×（0.2-4×1{0}^{-4}）mol}$=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），該反應是焓增、熵減的反應．根據G=△H-T•△S，G＞0，不能實現；
故答案為：該反應是焓增、熵減的反應．根據△G=△H-T△S，△G＞0，不能實現；
③CO和NO催化氧化生成氮氣和二氧化碳，反應的化學方程式為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂；

點評 本題綜合考查化學反應原理的基礎知識，涉及離子的水解、PH值的計算、蓋斯定律的應用、化學平衡常數的計算、自由能的應用等，題目難度中等，注意相關知識的積累．