Question

1．重庆市对大气进行监测，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待测试样的pH约为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：①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）K₁     ②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）K₂
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）  K=$（\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}）^{\frac{1}{2}}$（用含K₁、K₂的式子表示）．
（3）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线如图所示．
①在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率υ（N₂）=0.025mol/（L•s）．
②当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率．若催化剂的表面积S₁＞S₂，在如图中画出c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（4）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^-4mol．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：不能实现，因为该反应是焓增、熵减的反应，△G=△H-T•△S＞0．

Answer 1

分析 （1）先根据溶液中电荷守恒计算氢离子的浓度，然后求出pH；
（2）写出热化学方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H，利用盖斯定律计算反应热；
（3）①由图可知，T₂温度平衡时，二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
②接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同；
（4）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如果G=△H-T•△S＜0，该反应能自发进行，否则不能自发进行．

解答 解：（1）溶液中电荷守恒：C（K⁺）+C（NH₄⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-），得C（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，pH值为4，溶液呈酸性；
故答案为：4；
（2）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=K₁，
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=K₁，
利用盖斯定律，将（②-①）÷2可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=$（\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}）^{\frac{1}{2}}$，
故答案为：$（\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}）^{\frac{1}{2}}$；
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3 kJ•mol^-1；
（3）①由图可知，T₂温度时2s到达平衡，平衡时二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化学计量数之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案为：0.025mol/（L•s）；
②接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同，故c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为：，
故答案为：；
（4）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，得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）．c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6，故答案为：4×10^-6；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g），该反应是焓增、熵减的反应，G=△H-T•△S＞0，所以不能实现；
故答案为：不能实现，因为该反应是焓增、熵减的反应，△G=△H-T•△S＞0．

点评 本题考查化学平衡有关计算，为高频考点，涉及pH计算、化学平衡影响因素、反应速率计算、盖斯定律、反应自发性判断等知识点，明确反应原理、计算方法是解本题关键，注意化学平衡常数计算时用平衡时物质浓度，为易错点．