Question

19．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）△H=-483.6kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
则C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3 kJ•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）汽车尾气中有NO_x和CO的生成：
①已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0
ⅰ．若1L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．
ⅱ．恒容密闭容器中，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是D
A混合气体的密度不再变化
B混合气体的平均分子量不在变化
C N₂、O₂、NO的物质的量之比为1：1：2
D氧气的百分含量不在变化
ⅲ．若升高温度，则平衡正向（填“正向”或“逆向”或“不”下同）移动，逆反应速率变大（填“变大”或“变小”或“不变”）．
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，则该设想能否实现不能（填“能”或“不能”）？
（4）综上所述，你对该市下一步的环境建设提出的建议是燃煤脱硫；煤气化、液化后再燃烧；冬季供暖烧煤变成烧气；汽车尾气安装催化转换器．

Answer 1

分析 （1）根据电荷守恒判断溶液酸碱性，利用电荷守恒计算溶液中H⁺离子浓度，若为碱性，忽略氢离子，若为酸性，忽略氢氧根离子，再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
（2）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
Ⅱ．2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，（Ⅱ-Ⅰ）÷2可得：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）；
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）①i．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；
ii．逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
iii．升高温度平衡向吸热反应方向移动，正逆反应速率都增大；
②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；
（4）应减少二氧化硫、氮的氧化物等排放．

解答 解：（1）由电荷守恒可知，c（K⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-）+2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-），则c（H⁺）-c（OH^-）=（2×10^-5 +2×4×10^-5 +3×10^-5-4×10^-6-6×10^-6-2×10^-5 ）mol/L=10^-4mol/L，溶液呈酸性，溶液中H⁺离子浓度约是为10^-4，pH值=-lgc（H⁺）=4，
故答案为：4；
（2）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
Ⅱ．2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，（Ⅱ-Ⅰ）÷2可得：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g），
则△H=[-221.0kJ•mol^-1-（-483.6kJ•mol^-1）]÷2=+131.3kJ•mol^-1，
故答案为：+131.3；
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与SO₂不反应，不能作吸收剂，故C错误；
D．NaHSO₃与SO₂不反应，不能作吸收剂，故D错误，
故答案为：AB；
（3）①i．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计算平衡常数，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，
故答案为：4×10^-6；
ii．A．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度为定值，故A错误；
B．混合气体总质量不变，混合气体总物质的量不变，混合气体的平均分子量为定值，故B错误；
C． 平衡时各组分物质的量关系，与起始物质的量及转化率有关，不一定等于化学计量数之比，故C错误；
D．氧气的百分含量不在变化，说明反应到达平衡，
故选：D；
ⅲ．正反应为吸热反应，若升高温度，则平衡正向，逆反应速率变大，
故答案为：正向；变大；
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：不能；
（4）应减少二氧化硫、氮的氧化物等排放，可以：燃煤脱硫；煤气化、液化后再燃烧；冬季供暖烧煤变成烧气；汽车尾气安装催化转换器，
故答案为：燃煤脱硫；煤气化、液化后再燃烧；冬季供暖烧煤变成烧气；汽车尾气安装催化转换器．

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等，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．