Question

20．近年來，霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)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(jī)動車尾氣等．因此，對PM2.5，SO₂，NO_x等進(jìn)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(jī)離子的化學(xué)組分及其平均濃度如表一：
表一：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	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(jù)表一中數(shù)據(jù)計算試樣的pH=4．
（2）我國北方到了冬季燒煤供暖所產(chǎn)生的廢氣也是霧霆的主要來源之一．經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)將煤炭在O₂/CO₂的氣氛下燃燒能夠降低燃煤時NO的排放，主要反應(yīng)如下：
①2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₁
若②N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₂=+180.5kJ•mol^-1
③CO（g）?C（s）+$\frac{1}{2}$O₂△H₃=+110.5kJ•mol^-1
④C（s）+O₂（s）?CO₂（g）△H₄=-393.5kJ•mol^-1
則△H₁=-746.5kJ•mol^-1
（3）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(shè)無雜質(zhì)）．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：C（s）+2NO（g）?CO₂（g）+N₂（g）△H．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）如表二：
表二：

物質(zhì) 溫度/℃	活性炭	NO	CO2	N2
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列式計算上述反應(yīng)T₁℃時的平衡常數(shù)K₁=4；
②若T₁＜T₂，則該反應(yīng)的△H=＜0（填“＞”、“＜”或“=”）理由是：從T₁到T₂，NO的濃度增大，說明升高溫度，平衡逆向移動，由于升高溫度平衡向吸熱方向移動，所以該反應(yīng)的逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則△H＜0．
（4）利用如圖所示的電解裝置可將霧霆中的SO₂、NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄則物質(zhì)A是硫酸（填名稱），陰極的電極反應(yīng)式是：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O．電解方程式為：5SO₂+2NO+8H₂O=（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄．

Answer 1

分析 （1）溶液是電中性的，可根據(jù)電荷守恒式計算溶液中H⁺濃度，再計算pH；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由①=③×2+④×2-②得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），據(jù)此計算反應(yīng)的焓變；
（3）①計算各氣體的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算；
②若T₁＜T₂，可根據(jù)溫度升高時NO濃度的變化，判斷平衡移動的方向，從而判斷反應(yīng)正向進(jìn)行時是放熱還是吸熱；
（4）電解時NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄的過程發(fā)生還原反應(yīng)，電解池工作時陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，并結(jié)合電解質(zhì)溶液，寫出電極反應(yīng)式，再根據(jù)電子守恒寫出總反應(yīng)式，即可判斷另一種產(chǎn)物．

解答 解：（1）根據(jù)表格提供的離子可知，NH₄⁺水解導(dǎo)致試樣溶液呈酸性，根據(jù)電荷守恒可知，c（K⁺）+c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（Cl^-）+c（NO₃^-），c（H⁺）=10^-4mol/L，pH=4，故答案為：4；
（2）由①=③×2+④×2-②得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反應(yīng)的焓變△H₁=2（+110.5kJ•mol^-1）+2（-393.5kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5kJ•mol^-1，故答案為：-746.5；
（3）①平衡時c（NO）=$\frac{0.020mol}{2L}$=0.010mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=$\frac{0.040mol}{2L}$=0.020mol/L，故T₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₁=$\frac{0.020×0.020}{0.01{0}^{2}}$=4，
故答案為：4； 
②由于T₁＜T₂，從T₁到T₂，NO的濃度增大，說明升高溫度，平衡逆向移動，由于升高溫度平衡向吸熱方向移動，所以該反應(yīng)的逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；由于T₁＜T₂，從T₁到T₂，NO的濃度增大，說明升高溫度，平衡逆向移動，由于升高溫度平衡向吸熱方向移動，所以該反應(yīng)的逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則△H＜0；
（4）二氧化硫中硫的元素化合價升高，在陽極發(fā)生反應(yīng)，SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，一氧化氮中的氮元素化合價降低，在陰極發(fā)生反應(yīng)，一氧化氮得電子生成銨根離子，電極反應(yīng)為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O；根據(jù)電子守恒可知總反應(yīng)為：5SO₂+2NO+8H₂O=（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄，則生成硫酸銨外還有硫酸，
故答案為：硫酸；NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O；5SO₂+2NO+8H₂O=（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄．

點評 本題為綜合型，涉及考查蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)的計算、影響平衡的因素及電解原理的應(yīng)用等，重視基礎(chǔ)考查，難度中等，易錯點為熱化學(xué)方程式的書寫．