Question

【题目】雾霾天气频繁出现，严重影响人们的生活和健康。其中首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5，其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：

（1）将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。

若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
浓度mol/L	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根据表中数据判断试样的pH=_________。

（2）汽车尾气中NOx和CO的生成：

①已知汽缸中生成NO的反应为：N2(g)+O2(g)2NO(g) △H>0恒温，恒容密闭容器中，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是____

A.混合气体的密度不再变化 B.混合气体的平均分子量不再变化

C.N2、O2、NO的物质的量之比为1∶1∶2 D.氧气的百分含量不再变化

②汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO，2CO(g)=2C(s)+O2(g)，已知该反应的△H＞0，则该设想能否实现______________（填“能”或“不能”）

（3）为减少SO2的排放，常采取的措施有：

①将煤转化为清洁气体燃料。已知：

H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1

C(s)+1/2O2(g) =CO(g)△H =-110.5kJ·mol-1

写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：___________________。

②洗涤含SO2的烟气。

（4）汽车尾气净化的主要原理：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)；△H＜0，若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是_________（填序号）。（如图中v正、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数）

车辆排放的氮氧化物、煤燃烧产生的二氧化硫是导致雾霾天气的“罪魁祸首”之一。活性炭可处理大气污染物NO。在5L密闭容器中加入NO和活性炭（假设无杂质）。一定条件下生成气体E和F。当温度分别在T1℃和T2℃时，测得各物质平衡时物质的量（n/mol）如下表：

物质 温度/℃	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）写出NO与活性炭反应的化学方程式______________________；

（2）计算上述反应T1℃时的平衡常数K1=__________________；若T1＜T2，则该反应的△H__________________0(填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）上述反应T1℃时达到化学平衡后再通入0.1molNO气体，则达到新化学平衡时NO的转化率为________；

【答案】 4 D 不能 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）根据表格提供的离子可知，NH4＋ 水解导致试样溶液呈酸性，再根据电荷守恒可知，c(K＋)+c(NH4＋ )+c(Na＋)+c(H＋)=2c(SO42-)+c(Cl－)+c(NO3-)，将表格中的数据代入得H+离子浓度为10-4，则PH值为4。

（2）①在恒容密闭容器中，混合气体的质量和体积始终不变，混合气体的密度也始终不变，密度不能作为达到平衡状态的判据，A项错误；该反应是气体体积不变的可逆反应，根据M=质量/n，则混合气体的平均分子量始终不变，不能作为达到平衡的判据，B项错误；N2、O2、NO的物质的量之比为1∶1∶2不能说明反应各物质的浓度保持不变，C项错误；氧气的百分含量不再变化，说明反应达到平衡状态，D项正确；答案选D。

②化学反应2CO(g)=2C(s)+O2(g)是一个熵减、吸热的反应，则△H-T△S>0，所以该设想不能实现。

（3）已知：①H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1、②C(s)+1/2O2(g) =CO(g) △H =-110.5kJ·mol-1，利用盖斯定律，将②-①可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=（-110.51kJmol-1）-（-241.81kJmol-1）=+13l.3 kJmol-1，所以焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 。

（4）可逆反应达化学平衡状态时正逆反应速率不再变化，A项错误；该物质的浓度在化学平衡时保持不变，所以K不再变化，B项正确；对于恒容容器而言，各物质的物质的量不再改变，C项错误；平衡时NO的质量分数不再改变，D项正确，答案选BD。

（5）①由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.040：0.080：0.040：0.040 =1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成物为N2与CO2，且该反应为可逆反应，则反应方程式为C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)。

②从表中数据可知T1℃时的平衡浓度c(NO)=0.004mol/L，c(N2)=c(CO2)=0.008 mol/L，则T1℃时该反应的平衡常数为K1=（0.008×0.008）÷(0.004×0.004)=4从T1到T2，NO的浓度增大，说明平衡逆向移动，若T1＜T2，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，则该反应的正向为放热反应，则△H < 0。

③在T1时，K=4，设NO的转化率为x，根据三段式解答：

C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)

起始浓度 0.04 0 0

变化浓度 0.04x 0.02x 0.02x

平衡浓度 0.04-0.04x 0.02x 0.02x

K=[0.02x×0.02x]÷[(0.04-0.04x)×(0.04-0.04x)=4，解得x=0.8，即达到新的平衡时，NO的转化率为80%。

【题型】填空题
【结束】
10

【题目】钛被称为“二十一世纪金属”，工业上用钛铁矿制备金属钛的工艺流程如下：

已知：钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，TiOSO4遇水会水解。请回答下列问题：

（1）操作1用到的玻璃仪器除烧杯外还有_________；

（2）请结合化学用语解释将TiO2+转化为H2TiO3的原理_______________。

（3）已知钛的还原性介于铝与锌之间。如果可从Na、Zn、Fe三种金属中选一种金属代替流程中的镁，那么该金属跟四氯化钛反应的化学方程式是____________。

（4）电解TiO2来获得Ti是以TiO2作阴极，石墨为阳极，熔融CaO为电解质，用碳块作电解槽，其阴极反应的电极反应式是___________________________________。

（5）为测定溶液中TiOSO4的含量，先取待测钛液10 mL用水稀释至100 mL，加过量铝粉，充分振荡，使其完全反应：3TiO2+ +Al+6H+=3Ti3++Al3++3H2O。过滤后，取无色滤液20.00 mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液作指示剂，用______________________（填一种玻璃仪器的名称）滴加0.1000mol·L-1 FeCl3溶液，发生Ti3++Fe3+=Ti4++Fe2+。滴定终点时的现象是___________________________________，若用去了30.00mL FeC13溶液，待测钛液中TiOSO4的物质的量浓度是______________mol/L。

Answer 1

【答案】 漏斗、玻璃棒 溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，当加入水稀释、升温后，平衡正向移动 TiCl4+4Na Ti+4NaCl TiO2 + 4e- ＝ Ti + 2O2- 酸式滴定管 溶液由无色变成红色且半分钟不褪色 1.50 mol/L

【解析】钛铁矿用浓硫酸溶解，浓硫酸具有酸性，强氧化性，反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，还可能有少量Fe2(SO4)3；向所得溶液中加入大量水稀释后，加入过量铁粉还原Fe3+，过滤得到滤液中只含有TiOSO4和FeSO4；TiOSO4水解过滤后得到H2TiO3，H2TiO3加热灼烧得到TiO2，加入Cl2、过量碳高温反应生成TiCl4，TiCl4和Mg高温反应得到MgCl2和Ti。

（1）操作1为过滤，所需玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，故还缺少的仪器为：漏斗和玻璃棒；故答案为：漏斗、玻璃棒；

（2）TiOSO4遇水会水解，水解方程式为TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，水解是吸热过程，加热能促进水解；加水稀释，促进水解。

故答案为：溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，当加入水稀释、升温后，平衡正向移动；

（3）在流程中，金属镁置换出钛单质，反应方程式为：TiCl4+2MgTi+2MgCl2。钛的还原性介于铝与锌之间，即还原性：Al＞Ti＞Zn，又因为还原性Na＞Al＞Zn＞Fe，则Na＞Al＞Ti＞Zn＞Fe，故Na、Zn、Fe三种金属中只能选择金属Na代替镁。反应方程式为：TiCl4+4Na

Ti+4NaCl。

故答案为：TiCl4+4NaTi+4NaCl；

（4）根据题意可知，TiO2作阴极，得电子，被还原得到单质Ti，则阴极电极反应式为：TiO2+4e-=Ti+2O2-。故答案为：TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（5）FeC13有强的氧化性，腐蚀橡胶，且其溶液呈酸性，所以选择酸式滴定管。用KSCN溶液作指示剂，TiO2+反应完之前溶液为无色。当反应完，再滴入1滴FeC13溶液，溶液立即变红色，且半分钟后溶液颜色不褪色，到达滴定终点，停止滴定。

滴定过程中消耗n(FeC13)=0.1mol/L×0.03L=0.003mol。根据反应方程式可得出TiOSO4与Fe3+的关系式：TiOSO4～Ti3+～Fe3+，即滴定过程中n(FeC13)= n(TiOSO4)= 0.003mol。原待测液为10mL，稀释至100mL后，取2omL溶液进行滴定实验。所以原10mL待测液中含n(TiOSO4)= 0.003mol×=0.015mol，c(TiOSO4)= =1.5 molL-1。

故答案为：酸式滴定管；溶液由无色变成红色且半分钟不褪色 ；1.5 molL-1．