Question

20．霧霾天氣嚴(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(lái)源為燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣等．因此改善能源結(jié)構(gòu)、機(jī)動(dòng)車限號(hào)等措施能有效減少PM2.5、SO₂、NO_x等污染．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）將一定量的某利M2.5樣品用蒸餾水溶解制成待測(cè)試樣（忽略O(shè)H-）．常溫下測(cè)得該訓(xùn)試樣的組成及其濃度如表一：根據(jù)表一中數(shù)據(jù)判斷該試樣的pH=4．
表一：

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

（2）汽車尾氣中NOx和CO的生成：①已知汽缸中生成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0恒溫，恒容密閉容器中，下列說(shuō)法中，能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是D．
A．混合氣體的密度不再變化                 B．混合氣體的壓強(qiáng)不再變化
C．N₂、O2、NO的物質(zhì)的量之比為1：1：2D．氧氣的轉(zhuǎn)化率不再變化
（3）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(xiě)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．下列可作為洗滌含SO₂的煙氣的洗滌劑的是AB．
A．濃氨水   B．碳酸氫鈉飽和溶液  C．FeCl₂飽和溶液   D．酸性CaCl₂飽和溶液
（4）汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題．某研究性小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag-ZSM-5為催化劑，測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示．若不使用CO，溫度超過(guò)775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因?yàn)镹O的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，為更好的除去NO_x物質(zhì)，應(yīng)控制的最佳溫度在870K左右．
（5）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)住保�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(wú)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(shí)，測(cè)得各物質(zhì)平衡時(shí)物質(zhì)的量（n/mol）如表二：
表二：

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(xiě)出NO與活性炭反應(yīng)的化學(xué)方程式C+2NO?N₂+CO₂，②若T₁＜T₂，則該反應(yīng)的△H＜O （填”＞”、“＜”或“=”）．
③上述反應(yīng)T₁℃時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡后再通入0.1molNO氣體，則達(dá)到新化學(xué)平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率為80%．

Answer 1

分析 （1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測(cè)試樣．則該試樣中除了水溶性無(wú)機(jī)離子外，還一定含H⁺和OH^-，根據(jù)溶液中電荷守恒來(lái)列式，并結(jié)合水的離子積來(lái)計(jì)算；（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）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(qiáng)于碳酸，所以可以和碳酸鈉溶液反應(yīng)；
（4）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為（3.000-2.960）：（0.10-0.020）：0.040：0.040=1：2：1：1，反應(yīng)中C被氧化，
①結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂；
②若T₁＜T₂，溫度升高NO濃度增大，平衡逆向進(jìn)行；
③反應(yīng)C+2NO?N₂+CO₂是一個(gè)氣體體積不變的反應(yīng)，而反應(yīng)物只有一種，故加入NO氣體，建立的平衡和原平衡為等效平衡．

解答 解：（1）溶將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測(cè)試樣．則該試樣中除了水溶性無(wú)機(jī)離子外，還一定含H⁺和OH^-．
根據(jù)溶液中電荷守恒可知：C（K⁺）+C（NH₄⁺）+c（Na⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-）+c（OH^-）①，
而溶液含滿足水的離子積K_W=c（H⁺）•c（OH^-）=10^-14②，
聯(lián)立①②可解得C（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，則pH值為4，
故答案為：4；
（2）N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0恒溫，恒容密閉容器中，
A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，體積不變，混合氣體的密度始終不變化，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量不變，混合氣體的壓強(qiáng)始終不變化，所以不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．N₂、O₂、NO的物質(zhì)的量之比為1：1：2 不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故C錯(cuò)誤；
D．氧氣的轉(zhuǎn)化率不再變化，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；
（3）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濃氨水反應(yīng)，可以用濃氨水吸收二氧化硫，故A正確；
B．二氧化硫水溶液是亞硫酸所以也能夠與碳酸氫鈉飽和溶液反應(yīng)，生成二氧化碳?xì)怏w，可以用碳酸氫鈉溶液做洗滌劑，故B正確；
C．二氧化硫?qū)��?yīng)的酸是亞硫酸，酸性比鹽酸酸性弱，所以二氧化硫與氯化亞鐵不反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；
D．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D錯(cuò)誤；
故選：AB；
（4）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；
由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870K時(shí)，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率接近為100%；
故答案為：NO的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行；870；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為（3.000-2.960）：（0.10-0.020）：0.040：0.040=1：2：1：1，反應(yīng)中C被氧化，
①結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂，且該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)方程式為C+2NO?N₂+CO₂，
故答案為：C+2NO?N₂+CO₂；
②T₁＜T₂，圖表中NO隨溫度升高增大，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，該反應(yīng)△H＜0，
故答案為：＜；
③反應(yīng)C+2NO?N₂+CO₂是一個(gè)氣體體積不變的反應(yīng)，而反應(yīng)物只有一種，故加入NO氣體，建立的平衡和原平衡為等效平衡，原平衡中NO轉(zhuǎn)化率為 $\frac{0.10-0.020}{0.10}$×100%=80%，則達(dá)到新平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率為80%，
故答案為：80%．

點(diǎn)評(píng) 該題綜合考查化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)知識(shí)，涉及電荷守恒、pH值的計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算，平衡的移動(dòng)等，題目難度中等，注意相關(guān)知識(shí)的積累．