Question

13．某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5（直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物），其主要来源为燃煤、机动车尾气等．因此，对PM2.5、SO₂、NO_x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-1	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PM2.5的酸碱性为酸性，试样的pH=4．
（2）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）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.30kJ•mol^-1．
②洗涤含SO₂的烟气．以下物质可作洗涤剂的是ab．
a．Ca（OH）₂      b．Na₂CO₃       c．CaCl₂d．NaHSO₃
（3）汽车尾气中NOx和CO的生成及转化
①已知汽缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，若1mol空气含0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃时在密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10^-4mol．计算该温度下的平衡常数K=4×10^-6．
汽车启动后，汽缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是该反应是吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多．
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，简述该设想能否实现的依据：不能实现，因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以△H-T△S＞0，在任何温度下均不能自发进行．
③目前，在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染，其化学反应方程式为2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）观察表格中发现NH₄⁺水解显酸性，PM2.5的酸碱性为酸性；
（2）①盖斯定律的内容为：化学反应的反应热值与反应的始态和终态有关，而与反应进行的途径无关；
根据盖斯定律，用第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得焦炭与水蒸气反应的热化学方程式；
②依据二氧化硫的性质：是一种酸性氧化物可以和碱反应，二氧化硫溶于水得亚硫酸，酸性强于碳酸，所以可以和碳酸钠溶液反应；
（3）①列三段表示出各种物质平衡时的浓度，带入平衡常数表达式；N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，该反应是吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多；
②利用反应能否自发进行的判据△H-T△S；
③CO和NOx在催化剂的作用下发生氧化还原反应生成无毒的二氧化碳和氮气．

解答 解：（1）观察表格中发现NH₄⁺水解显酸性，PM2.5的酸碱性为酸性．试样的pH值根据溶液中电荷守恒计算H+离子浓度为10^-4，PH值为4，故答案为：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，
利用盖斯定律，将②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.30kJ•mol^-1，
故答案为：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够与碱反应：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O；二氧化硫水溶液是亚硫酸所以也能够与碳酸钠反应：SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂↑所以可以用氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液做洗涤剂；二氧化硫与氯化钙溶液不反应，且在亚硫酸氢钠溶液中的溶解度很小，所以不能用氯化钙和亚硫酸氢钠溶液做洗涤液，故答案为：ab；
（3））①设反应容器的体积是aL
根据题意得：
               N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
初始浓度       $\frac{0.8}{a}$           $\frac{0.2}{a}$         0

转化浓度   $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$         $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$     $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$

平衡浓度 $\frac{0.8}{a}-\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$   $\frac{0.2}{a}-\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$    $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$
将各种物质的浓度带入表达式 得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{C（{N}_{2}）C（{O}_{2}）}$≈4×10^-6，
故答案为：4×10^-6；
汽缸中发生的化学反应：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，这是个吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多，
故答案为：该反应是吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）是一个熵值减小的反应即：△S＜0，同时又是一个△H＞O，所以△H-T△S一定大于0，所以任何条件下不能自发进行，
故答案为：不能实现，因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以△H-T△S＞0，在任何温度下均不能自发进行；
③CO和NO在催化剂发生反应：2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，故答案为：2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

点评 本题考查了pH值的计算、盖斯定律求反应热、化学平衡常数的计算、反应进行方向的判断，题目综合性非常强，涉及知识点多，难度中等，同时又结合了环境的污染和治理，题目又比较新颖，是高考的热门话题，解题时应该结合相应的知识，认真解答．