Question

18．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2.5um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

根据表中数据判断试样的pH约为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：
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g） K₁
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）  K₂
C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）  K=$\sqrt{\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}}$（用含K₁、K₂的式子表示）．
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．CaCl₂         D．NaHSO₃
（3）汽车尾气中有NO_x和CO的生成及转化为：
①已知气缸中生成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^-4 mol．计算该温度下的平衡常数K=4×10^-6．
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：△H＞0，△S＜0，故体系的△G=△H-T•△S＞0，所以该设想不能实现．
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+2NO=2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）根据溶液呈电中性的原理可得：c（H⁺）+c（K⁺）+c（Na⁺）+c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-），将各个数值代入上述式子可得c（H⁺），再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
（2）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g） K₁，
Ⅱ．2C（s）+O₂（g）=2CO（g）  K₂，
根据盖斯定律，（Ⅱ-Ⅰ）÷2可得：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g），故平衡常数为K₂与K₁的商再开方；
②SO₂是酸性氧化物，能与碱反应，亚硫酸酸性比碳酸强，比盐酸弱，二氧化硫能与碳酸钠溶液反应，不能与氯化钙溶液反应，SO₂与NaHSO₃溶液不反应；
（3）①在反应开始时，n（N₂）=0.8mol；n（O₂）=0.2mol，n（NO）=0；当反应达到平衡时，n（N₂）=（0.8-4×10^-4）mol，n（O₂）=（0.2-4×10^-4）mol，n（NO）=8×10^-4mol，反应前后气体的体积不变，可以用物质的量代替浓度代入K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$计算平衡常数；
②由于反应2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0是个体系混乱程度减小的吸热反应，若体系的△G=△H-T•△S＜0，反应可以实现，否则不能实现；
③CO与NO反应生成氮气与二氧化碳，配平书写方程式．

解答 解：（1）根据溶液呈电中性的原理可得c（H⁺）+c（K⁺）+c（Na⁺）+c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-），将各个数值代入上述式子可得c（H⁺）=1.0×10^-4mol/L，所以pH=-lg1.0×10^-4=4，
故答案为：4；
（2）①已知：Ⅰ.2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g） K₁，
Ⅱ．2C（s）+O₂（g）=2CO（g） K₂，
根据盖斯定律，（Ⅱ-Ⅰ）÷2可得：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g），故该反应平衡常数K=$\sqrt{\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}}$，
故答案为：$\sqrt{\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}}$；
②A．可以发生反应：Ca（OH）₂+SO₂=CaSO₃↓+H₂O，故A正确；
B．可以发生反应：Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，故B正确；
C．CaCl₂不反应，不能作吸收剂，故C错误；
D．SO₂与NaHSO₃不反应，不能作吸收剂，故D错误，
故选：AB；
（3）①在反应开始时，n（N₂）=0.8mol；n（O₂）=0.2mol，n（NO）=0；当反应达到平衡时，n（N₂）=（0.8-4×10^-4）mol，n（O₂）=（0.2-4×10^-4）mol，n（NO）=8×10^-4mol．假设气缸的容积为VL．则该温度下的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6，
②由于反应2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0是个体系混乱程度减小的吸热反应，△H＞0，△S＜0，故体系的△G=△H-T•△S＞0，所以该设想不能实现，
故答案为：△H＞0，△S＜0，故体系的△G=△H-T•△S＞0，所以该设想不能实现；
③CO与NO反应生成氮气与二氧化碳，结合质量守恒定律可得反应方程式为：2CO+2NO=2CO₂+N₂，
故答案为：2CO+2NO=2CO₂+N₂．

点评 本题考查pH计算、盖斯定律应用、SO₂的尾气处理、平衡常数计算及反应自发性判断，注意对平衡常数的理解，综合考查学生应用知识分析解决问题的能力，题目难度中等．