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2.5um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、NOx等进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
（1）对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PM2.5的酸碱性为酸性，试样的pH值=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   C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H₌-110.5kJ/mol
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=+131.3kJ/mol；
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NOx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空气含有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，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是温度升高，反应速率加快，平衡右移
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该反应是焓增、熵减的反应．根据△G=△H-T△S，△G＞0，不能实现
（4）在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NO_X的排放．
①当尾气中空气不足时，NO_X在催化转化器中被还原成N₂排出．写出NO被CO还原的化学方程式：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$ N₂+2CO₂．
②当尾气中空气过量时，催化转化器中的金属氧化物吸收NO_X生成盐．其吸收能力顺序如下：₁₂MgO＜_2oCaO＜₃₈SrO＜₅₆BaO．原因是由Mg、Ca、Sr、Ba的质子数可知，它们均处于第ⅡA族，同一主族自上而下，原子半径增大，元素的金属性逐渐增强，金属氧化物对NO_X的吸收能力逐渐增强．
（5）通过NO_x传感器可监测NO_x的含量，其工作原理示意图如图：
①Pt电极上发生的是还原反应（填“氧化”或“还原”）．
②写出NiO电极的电极反应式：NO+O^2--2e-=NO₂．

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利用盖斯定律计算反应热；
②二氧化硫使酸性氧化物和碱或碱性盐溶液反应；
（3）①计算出平衡时各种物质的物质的量，结合平衡常数的表达式计算；
②依据化学反应速率和平衡移动原理分析判断；
③根据G=△H-T•△S判断反应能否自发进行；
（4）①NO被CO还原，则CO被NO氧化生成二氧化碳，据此写出反应方程式；
②原子半径越大，其吸收范围越大，则吸收能力越强；
（5）①原电池中正极得电子的物质发生还原反应；
②NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮．

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，c（K⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（Cl^-）+2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-），c（H⁺）=2×10^-5 +2×4×10^-5 +3×10^-5-2×10^-5-6×10^-6-4×10^-6 =10^-4，得到H⁺离子浓度为10^-4，pH值=-lgc（H⁺）=4，
故答案为：酸性；4；
（2）①已知：①H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C （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=（-110.51kJ•mol^-1）-（-241.81kJ•mol^-1）=+13l.3 kJ•mol^-1；
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.3 kJ•mol^-1；
②洗涤含SO₂的烟气，根据酸性氧化物的性质选a．Ca（OH）₂ b．Na₂CO₃，
故答案为：a、b；
（3）①已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若气缸中进入1mol空气（1mol空气含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃时在密闭容器内反应达到平衡．测得NO为8×10^-4mol，反应前后气体物质的量相同，计算平衡常数时可以用物质的量代替平衡浓度计算，先计算物质的平衡量，N₂为0.8mol-4×10^-4 mol，O₂为0.2mol-4×10^-4 mol，带入平衡常数表达式即可，书写计算得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}mol）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）mol×（0.2-4×1{0}^{-4}）mol}$=4×10^-6，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是温度升高，反应速率加快，平衡右移；
故答案为：4×10^-6，温度升高，反应速率加快，平衡右移；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g），该反应是焓增、熵减的反应．根据G=△H-T•△S，G＞0，不能实现；
故答案为：该反应是焓增、熵减的反应．根据△G=△H-T△S，△G＞0，不能实现；
（4）①在催化剂条件下，一氧化碳被氧化生成二氧化碳，一氧化氮被还原生成氮气，所以其反应方程式为：2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2CO₂，
故答案为：2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2CO₂；
②根据Mg、Ca、Sr和Ba的质子数，得知它们均为ⅡA族元素．同一主族的元素，从上到下，原子半径逐渐增大，原子半径越大，反应接触面积越大，则吸收能力越大，
故答案为：由Mg、Ca、Sr、Ba的质子数可知，它们均处于第ⅡA族，同一主族自上而下，原子半径增大；
（5）①装置无外接电源，故为原电池，铂电极上氧气得电子生成氧离子而被还原，所以为正极，故答案为：还原；
②NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮，所以电极反应式为：NO+O^2--2e^-=NO₂，故答案为：NO+O^2--2e^-=NO₂．

点评 本题综合考查化学反应原理的基础知识，涉及离子的水解、PH值的计算、盖斯定律的应用、化学平衡常数的计算、自由能的应用等，题目难度中等，注意相关知识的积累．