Question

13．某市對(duì)大氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5μm的懸浮顆粒物），其主要來(lái)源為燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣等．因此，對(duì)PM2.5、SO₂、NO_x等進(jìn)行研究具有重要意義．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測(cè)試樣．若測(cè)得該試樣所含水溶性無(wú)機(jī)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-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=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.30kJ•mol^-1．
②洗滌含SO₂的煙氣．以下物質(zhì)可作洗滌劑的是ab．
a．Ca（OH）₂      b．Na₂CO₃       c．CaCl₂d．NaHSO₃
（3）汽車尾氣中NOx和CO的生成及轉(zhuǎn)化
①已知汽缸中生成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，若1mol空氣含0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時(shí)在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得NO為8×10^-4mol．計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)K=4×10^-6．
汽車啟動(dòng)后，汽缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，原因是該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡向正方向移動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的NO多．
②汽車燃油不完全燃燒時(shí)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(jiǎn)述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)的依據(jù)：不能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵摲磻?yīng)的△H＞0，△S＜0，所以△H-T△S＞0，在任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)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，PM2.5的酸堿性為酸性；
（2）①蓋斯定律的內(nèi)容為：化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱值與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)進(jìn)行的途徑無(wú)關(guān)；
根據(jù)蓋斯定律，用第一個(gè)熱化學(xué)方程式減去第二個(gè)熱化學(xué)方程式可得焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
②依據(jù)二氧化硫的性質(zhì)：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)；
（3）①列三段表示出各種物質(zhì)平衡時(shí)的濃度，帶入平衡常數(shù)表達(dá)式；N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡向正方向移動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的NO多；
②利用反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)△H-T△S；
③CO和NOx在催化劑的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成無(wú)毒的二氧化碳和氮?dú)猓?/p>

解答 解：（1）觀察表格中發(fā)現(xiàn)NH₄⁺水解顯酸性，PM2.5的酸堿性為酸性．試樣的pH值根據(jù)溶液中電荷守恒計(jì)算H+離子濃度為10^-4，PH值為4，故答案為：酸性；4；
（2）①已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
            C（s）+$\frac{1}{2}$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=（-110.5kJ/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.30kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.3kJ•mol^-1；
②二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；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↑所以可以用氫氧化鈣溶液和碳酸鈉溶液做洗滌劑；二氧化硫與氯化鈣溶液不反應(yīng)，且在亞硫酸氫鈉溶液中的溶解度很小，所以不能用氯化鈣和亞硫酸氫鈉溶液做洗滌液，故答案為：ab；
（3））①設(shè)反應(yīng)容器的體積是aL
根據(jù)題意得：
               N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
初始濃度       $\frac{0.8}{a}$           $\frac{0.2}{a}$         0

轉(zhuǎn)化濃度   $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$         $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$     $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$

平衡濃度 $\frac{0.8}{a}-\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$   $\frac{0.2}{a}-\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$    $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$
將各種物質(zhì)的濃度帶入表達(dá)式 得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{C（{N}_{2}）C（{O}_{2}）}$≈4×10^-6，
故答案為：4×10^-6；
汽缸中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，這是個(gè)吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡向正方向移動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的NO多，
故答案為：該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡向正方向移動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的NO多；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）是一個(gè)熵值減小的反應(yīng)即：△S＜0，同時(shí)又是一個(gè)△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(jìn)行，
故答案為：不能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵摲磻?yīng)的△H＞0，△S＜0，所以△H-T△S＞0，在任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行；
③CO和NO在催化劑發(fā)生反應(yīng)：2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，故答案為：2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了pH值的計(jì)算、蓋斯定律求反應(yīng)熱、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷，題目綜合性非常強(qiáng)，涉及知識(shí)點(diǎn)多，難度中等，同時(shí)又結(jié)合了環(huán)境的污染和治理，題目又比較新穎，是高考的熱門話題，解題時(shí)應(yīng)該結(jié)合相應(yīng)的知識(shí)，認(rèn)真解答．