Question

【題目】霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，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(xué)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(jù)表中數(shù)據(jù)判斷試樣的pH=________________。

(2)為減少SO2的排放，常將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料：

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

C(s)+ O2(g) =CO(g) △H = -110.5kJ·mol-1

寫出焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_________________________________________________。

(3)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(yīng)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(yīng)在進行到t1時刻達到平衡狀態(tài)的是________（填序號）。（如圖中v正、K、n、w分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量、質(zhì)量分數(shù)）

(4)車輛排放的氮氧化物、煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫是導(dǎo)致霧霾天氣的“罪魁禍?zhǔn)住敝�一�；钚蕴靠商幚泶髿馕廴疚?/span>NO。在5L密閉容器中加入NO和活性炭（假設(shè)無雜質(zhì)）。一定條件下生成氣體E和F。當(dāng)溫度分別在T1℃和T2℃時，測得各物質(zhì)平衡時物質(zhì)的量（n/mol）如下表：

物質(zhì) 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(yīng)的化學(xué)方程式______________________；

②計算上述反應(yīng)T1℃時的平衡常數(shù)K1=______________________；若T1＜T2，則該反應(yīng)的△H _____0(填“＞”、“＜”或“＝”）。

③上述反應(yīng)T1℃時達到化學(xué)平衡后再通入0.1molNO氣體，則達到新化學(xué)平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為________；

Answer 1

【答案】4 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 BD C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g) 4 ＜ 80%

【解析】

(1)根據(jù)電荷守恒計算溶液中H+的濃度，據(jù)此計算溶液的pH值；

(2)焦炭與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)，再根據(jù)蓋斯定律計算焓變；

(3)絕熱密閉的容器中溫度發(fā)生變化，影響化學(xué)平衡常數(shù)，達到化學(xué)平衡時，各組分的量不變，正逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)平衡常數(shù)不發(fā)生變化；

(4)①根據(jù)反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比確定反應(yīng)物和生成物的系數(shù)，再根據(jù)元素守恒確定生成物；

②先計算體系中各組分的平衡濃度，再計算平衡常數(shù)；結(jié)合表格中數(shù)據(jù)以及溫度對平衡移動的影響判斷反應(yīng)熱；

③根據(jù)等效平衡分析增加NO的量后NO的轉(zhuǎn)化率。

(1)根據(jù)電荷守恒，c(K+)+c(Na+)+c(NH4+)+c(H+)=2c(SO42)+c(NO3)+c(Cl)，代入數(shù)據(jù)計算可得c(H+)=1×104mol/L，所以溶液的pH=lgc(H+)=4，故答案為：4；

(2)已知：①H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H1= -241.8kJ·mol-1，②C(s)+ O2(g) =CO(g) △H2= -110.5kJ·mol-1，焦炭與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)，該反應(yīng)可由②①得到，根據(jù)蓋斯定律可得,該反應(yīng)的焓變△H=△H2△H1=-110.5kJ·mol-1-(-241.8kJ·mol-1)= +131.3 kJmol-1，故答案為：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1；

(3)根據(jù)反應(yīng)原理方程式2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H＜0，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在絕熱、恒容容器中進行反應(yīng)，隨著反應(yīng)進行，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率先加快，后減慢，化學(xué)平衡常數(shù)減小，

A. 當(dāng)?shù)竭_t1時刻時，此時正反應(yīng)速率最大，當(dāng)?shù)竭_化學(xué)平衡時，正反應(yīng)速率應(yīng)不變，因此不能說明反應(yīng)到達化學(xué)平衡狀態(tài)，故A不選；

B. 溫度改變，則化學(xué)平衡常數(shù)改變，當(dāng)?shù)竭_t1時刻時，此時化學(xué)平衡常數(shù)不變，可以說明化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故B選；

C. 當(dāng)?shù)竭_t1時刻時，NO和CO2的物質(zhì)的量相等，并不能說明化學(xué)反應(yīng)到達平衡狀態(tài)，化學(xué)平衡狀態(tài)時，應(yīng)為各物質(zhì)的物質(zhì)的量保持不變，故C不選；

D. 當(dāng)?shù)竭_t1時刻時，NO的百分含量不變，可以說明化學(xué)反應(yīng)到達化學(xué)平衡，故D選；

故答案為：BD；

(4)①在T1溫度下，NO和活性炭反應(yīng)，一定條件下生成氣體E和F，根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析，達到平衡時，△n(活性炭)=3mol2.96mol=0.04mol，△n(NO)=0.1mol0.02mol=0.08mol，△n(E)=0.04mol，△n(F)=0.04mol，可得C(s)+2NO(g)=E(g)+F(g)，根據(jù)元素守恒可得NO與活性炭反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)，故答案為：C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)；

②T1℃時，體系中各組分的平衡濃度分別為，，所以該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為；若T1＜T2，由表格中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，反應(yīng)物的量增多，生成的量減少，說明升高溫度，平衡逆向移動，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：4；＜；

③反應(yīng)C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，即壓強變化不對化學(xué)平衡產(chǎn)生影響，當(dāng)該反應(yīng)平衡后再通入0.1molNO氣體，相當(dāng)于加壓，平衡不移動，因此平衡時NO的轉(zhuǎn)化率不變，仍為原平衡時的轉(zhuǎn)化率，即，故答案為：80%。