Question

12．当前我国环境状况不容乐观，其中PM2.5、CO、S0₂、NOx等污染物对空气质量的影响非常显著，其主要来源为燃煤、机动车尾气等，因此，对其进行研究具有重要意义．
（1）对某地PM2.5样本用蒸馏水处理后，测得该试样中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	4×10-5	6×10-5	2×10-4	4×10-4	3×10-4	2×10-4

根据表中数据计算该试样的pH=_3
（2）NOx是汽车尾气的主要污染物之一．汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化如图1所示．

①写出N₂和0₂反应的热化学方程式：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=-150kJ•mol^-1．
②有人设想将C0按下列反应除去：2CO（g）═2C（s）+0₂（g）△H＞O，请你分析该设想能否实现？否（填“是”或“否”），依据是该反应是焓增、熵减的反应，根据G=△H-T•△S，G＞0
③用图2所示原电池原理也可以除去CO，则其负极反应式为：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂．
（3）有人设想利用反应NaOH+S0₂═NaHS0₃将SO₂吸收除去，然后用石灰水又可使NaOH再生．再生的离子方程式为：HSO₃^-+OH^-+Ca²⁺═CaSO₃↓+H₂O．
（4）利用I₂0₅消除CO污染的反应为：5CO（g）+I₂0₅（s）-5CO₂（g）+I₂（s），不同温度下，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图3．则：
①该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{5}（C{O}_{2}）}{{c}^{5}（CO）}$．
②T₁与T₂化学平衡常数大小关系：K（T₁）＞K（T₂）（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）根据溶液中电荷守恒计算出氢离子浓度，再计算出溶液的pH；
（2）①根据能量变化图计算反应热，反应热=反应物的键能和-生成物的键能和，从而书写热化学方程式；
②根据△G=△H-T•△S判断反应能否自发进行，如果△G＜0，反应能自发进行，△G＞0，反应不能自发进行；
③为燃料电池，CO在负极失去电子，据此书写电极反应方程式；
（3）亚硫酸氢钠与过量的氢氧化钙反应生成亚硫酸钙沉淀、水和氢氧化钠；
（4）①根据反应方程式写出该反应的化学平衡常数表达式；
②b点比d点时生成物CO₂体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：K_b＞K_d．

解答 解：（1）溶液中存在电荷守恒：c（K⁺）+c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）+c（OH^-），氢氧根离子浓度较小，可忽略不计，带入数据可知：c（H⁺）=1×10^-3mol•L^-1，该溶液的pH=3，
故答案为：3；
（2）①该反应中的反应热=反应物的键能和-生成物的键能和=1140-1290=-150kJ/mol，所以N₂和O₂反应生成NO的热化学反应方程式为N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=-150kJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=-150kJ•mol^-1；
②根据△G=△H-T•△S判断反应能否自发进行，如果△G＜0，反应能自发进行，△G＞0，反应不能自发进行，2CO（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：否；该反应是焓增、熵减的反应，根据G=△H-T•△S，G＞0；
③此电池中电解质为熔融碳酸钾，负极CO失去电子，负极反应为：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂，
故答案为：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂；
（3）亚硫酸氢钠与过量氢氧化钙反应生成亚硫酸钙、氢氧化钠和水，反应的离子方程式为：HSO₃^-+OH^-+Ca²⁺═CaSO₃↓+H₂O，
故答案为：HSO₃^-+OH^-+Ca²⁺═CaSO₃↓+H₂O；
（4）①反应5CO（g）+I₂0₅（s）=5CO₂（g）+I₂（s）的平衡常数表达式为：K=$\frac{{c}^{5}（C{O}_{2}）}{{c}^{5}（CO）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{5}（C{O}_{2}）}{{c}^{5}（CO）}$；
②b点比d点时生成物CO₂体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：K_b＞K_d，即K（T₁）＞K（T₂），
故答案为：＞．

点评 本题考查较为综合，涉及溶液pH的计算、原电池工作原理、热化学方程式书写、化学平衡常数等知识，题目难度中等，注意掌握溶液酸碱性与溶液pH的关系及计算方法，明确原电池工作原理、热化学方程式的书写原则，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．