Question

15．2015年冬北京出现了两次严重雾霾，发布了“空气重污染红色预警”．其中大气中可吸入颗粒物PM_2.5主要来源为燃煤、机动车尾气等．
（1）若取某PM_2.5样本，用蒸馏水处理，测得溶液中含有的离子有：K⁺、Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-，则该溶液为酸性（填“酸性”或“碱性”）溶液，其原因用离子方程式解释是：NH₄⁺+H₂ONH₃•H₂O+H⁺．
（2）①“洗涤”燃煤烟气可减轻PM_2.5中SO₂的危害，下列可适用于吸收SO₂的试剂有b、c（填代号）
a．CaCl₂溶液     b．氨水     c．Ca（OH）₂悬浊液     d．浓H₂SO₄
②汽车尾气系统中装有催化转化器，可将NOx还原成N₂排出，减少氮氧化物及一氧化碳的排放，已知下列热化学方程式：
Ⅰ．N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
Ⅱ.2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
Ⅲ．C（s）+O₂（g）?CO₂（ g）△H=-393.5kJ•mol^-1
写出一氧化氮与一氧化碳反应的热化学方程式2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol
（3）开发、使用清洁能源发展“低碳经济”，正成为科学家研究的主要课题．氢气、甲醇是优质的清洁燃料，也可制作燃料电池．生产甲醇的原料CO和H₂来源于：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0
①一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图．则T_l＜T₂（填“＜”、“＞”、“=”）
②100℃时，将1mol CH₄和2mol H₂O通入容积为1L的定容密闭容器中，发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是cd
a．容器内气体密度恒定
b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3molH₂
c．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）
d．容器中气体的分子总数不随时间而变化
（4）氢气燃料电池可以提升能量利用率．下图是利用氢气燃料电池电解50mL 2mol/L的氯化铜溶液的装置示意图：
请回答：
①氢气燃料电池的负极反应式是H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
②当线路中有0.1mol电子通过时，b极增重3.2g

Answer 1

分析 （1）NH₄⁺水解显酸性，PM2.5的酸碱性为酸性；
（2）①二氧化硫是酸性氧化物和碱或碱性盐溶液反应；
②根据盖斯定律，NO（g）和CO（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）的热化学方程式可由 ③×2-①-②得到；
（3）①正反应为吸热反应，压强一定时，升高温度，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，据此判断温度大小；
②a．100℃时，反应混合物都是气体，混合气体总质量不变，容器的容积不变，容器内气体密度始终不变；
b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3molH₂，反应始终按此比例进行；
c．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物质的正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡；
d．随反应进行混合气体总物质的量增大，如容器中气体的分子总数不随时间而变化，反应到达平衡；
（4）①负极发生氧化反应，氢气被氧化生成水；
②根据装置图可知，b电极与燃料电池的负极相连，作阴极，阴极析出铜，电极反应式是Cu²⁺+2e^-=Cu，质量增大，当线路中有0.1mol电子通过时，阴极析出0.05mol铜．

解答 解：（1）NH₄⁺水解显酸性，离子方程式为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，故答案为：酸性；NH₄⁺+H₂ONH₃•H₂O+H⁺；
（2）①二氧化硫是酸性氧化物和碱或碱性盐溶液反应，故答案为：b、c；
②ⅰN₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1-------①
ⅱ2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1--------②
ⅲC（s）+O₂（g）═CO₂（ g）△H=-393.5kJ•mol^-1--------③
由盖斯定律，NO（g）和CO（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）的热化学方程式可由③×2-①-②得到，即2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol，
故答案为：2NO（g）+2 CO （g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol；
（3）①由图开始，压强一定时，温度T₂的转化率较大，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故温度T_l＜T₂，故答案为：＜；
②a．100℃时，反应混合物都是气体，混合气体总质量不变，容器的容积不变，容器内气体密度始终不变，不能说明得到平衡，故a错误；
b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3molH₂，反应始终按此比例进行，不能说明到达平衡，故b错误；
c．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物质的正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，故c正确；
d．随反应进行混合气体总物质的量增大，如容器中气体的分子总数不随时间而变化，反应到达平衡，故d正确，
故答案为：cd；
（4）①负极发生氧化反应，氢气被氧化生成水，电极方程式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，故答案为：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O； 
②根据装置图可知，b电极与燃料电池的负极相连，作阴极．溶液中的铜离子在阴极放电，电极反应式是Cu²⁺+2e^-=Cu，所以b电极质量增加0.05mol×64g/mol=3.2g，故答案为：3.2．

点评 本题考查了盖斯定律求焓变、化学平衡影响因素，化学反应速率，平衡常数概念计算应用，原电池电解池原理的分析应用，注意平衡的条件分析，电极反应和电子守恒的计算是解题关键，题目难度中等．