Question

8．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⁺ SO₄^2- 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值=4．
（2）为减少SO₂的排放，常采取的措施有：
将煤转化为清洁气体燃料．已知：
H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
C（s）+1/2O₂（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；
（3）汽车尾气中NOx和CO的生成及转化
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约为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．
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$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$ 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）利用盖斯定律计算反应热，将②-①可得；
（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，依据化学反应速率和平衡移动原理分析判断；
②根据G=△H-T•△S判断反应能否自发进行；
③CO和NO催化氧化生成氮气和二氧化碳；

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：①H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C （s）+$\frac{1}{3}$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；
（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；
③CO和NO催化氧化生成氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案为：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂；

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．