Question

5．某市對大氣進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)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(xué)組分及其平均濃度如表：

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)表中數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(yīng)的熱化學(xué)方程式：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1．
②洗滌含SO₂的煙氣．以下物質(zhì)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(zhuǎn)化：
①已知氣缸中生成NO的反應(yīng)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(nèi)反應(yīng)達到平衡．測得NO的物質(zhì)的量為8×10^-4mol，計算該溫度下的平衡常數(shù)K=4×10^-6．汽車啟動后，氣缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡向吸熱方向即右移動．
②汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO：2CO（g）=2C（s）+O₂（g），已知該反應(yīng)的△H＞0，簡述該設(shè)想能否實現(xiàn)的依據(jù)：因為該反應(yīng)的△H＞0，△S＜0，所以任何溫度下均不自發(fā)進行；
③目前，在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)化器可減少CO和NO的污染，其化學(xué)反應(yīng)方程式為2CO+2N0 $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）觀察表格中發(fā)現(xiàn)NH₄⁺水解顯酸性；根據(jù)溶液中電荷守恒計算H⁺離子濃度再求pH值；
（2）①已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.8kJ•mol^-1，②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1，利用蓋斯定律，將②-①可得焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
②二氧化硫是一種酸性氧化物可以和堿反應(yīng)，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(yīng)；
（3）①計算出平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量，結(jié)合平衡常數(shù)K=$\frac{c{\;}^{2}（NO）}{c（N{\;}_{2}）c（O{\;}_{2}）}$計算；該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡向吸熱方向即右移動；
②根據(jù)G=△H-T•△S判斷反應(yīng)能否自發(fā)進行；
③CO和NO在催化劑發(fā)生反應(yīng)生成無污染的氣體CO₂和N₂．

解答 解：（1）觀察表格中發(fā)現(xiàn)NH₄⁺水解顯酸性，所以PM2.5的酸堿性為酸性，溶液中電荷守恒：C（K⁺）+C（NH₄⁺）+c（Na⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-），4×10^-6mol/L+2×10^-5mol/L+6×10^-6mol/L+C（H⁺）=2×4×10^-5mol/L+3×10^-5mol/L+2×10^-5mol/L，得C（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，pH=-lg[H⁺]=4，
故答案為：酸性；4；
（2）①已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，將②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1；
②a．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(yīng)：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O，可以用氫氧化鈣吸收二氧化硫，故a正確；
b．二氧化硫水溶液是亞硫酸所以也能夠與碳酸鈉反應(yīng)：SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂↑，可以用碳酸鈉溶液做洗滌劑，故b正確；
c．二氧化硫與氯化鈣溶液不反應(yīng)，不能用氯化鈣溶液吸收二氧化硫，故c錯誤；
d．二氧化硫與NaHSO₃溶液不反應(yīng)，不能用NaHSO₃溶液吸收二氧化硫，故d錯誤；
故選：ab；
（3）①已知氣缸中生成NO的反應(yīng)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(nèi)反應(yīng)達到平衡．測得NO為8×10^-4mol，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相同，計算平衡常數(shù)時可以用物質(zhì)的量代替平衡濃度計算，先計算物質(zhì)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(shù)表達式即可，書寫計算得K=$\frac{c{\;}^{2}（NO）}{c（N{\;}_{2}）c（O{\;}_{2}）}$=$\frac{（8×10{\;}^{-4}mol）{\;}^{2}}{（0.8-4×10{\;}^{-4}）mol×（0.2-4×10{\;}^{-4}）mol}$=4×10^-6，
氣缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡向吸熱方向即右移動；
故答案為：4×10^-6；該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡向吸熱方向即右移動；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）是一個熵值減小的反應(yīng)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(fā)進行，
故答案為：因為該反應(yīng)的△H＞0，△S＜0，所以任何溫度下均不自發(fā)進行；
③CO和NO在催化劑發(fā)生反應(yīng)生成無污染的氣體CO₂和N₂，方程式為2CO+2N0 $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，故答案為：2CO+2N0 $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

點評 本題綜合考查化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)知識，涉及離子的水解、PH值的計算、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)的計算、自由能的應(yīng)用等，題目難度中等，注意相關(guān)知識的積累．