题目内容

20.近年来,雾霾天气频繁出现,严重影响人们的生活和健康.其中首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5,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)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一:
表一:
离子K+Na+NH4+SO42-NO3-Cl-
浓度/mol•L-14×10-66×10-62×10-54×10-53×10-52×10-5
根据表一中数据计算试样的pH=4.
(2)我国北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气也是雾霆的主要来源之一.经研究发现将煤炭在O2/CO2的气氛下燃烧能够降低燃煤时NO的排放,主要反应如下:
①2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H1
若②N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H2=+180.5kJ•mol-1
③CO(g)?C(s)+$\frac{1}{2}$O2△H3=+110.5kJ•mol-1
④C(s)+O2(s)?CO2(g)△H4=-393.5kJ•mol-1
则△H1=-746.5kJ•mol-1
(3)活性炭可处理大气污染物NO.在5L密闭容器中加入NO和活性炭(假设无杂质).一定条件下发生反应:C(s)+2NO(g)?CO2(g)+N2(g)△H.当温度分别在T1℃和T2℃时,测得各物质平衡时物质的量(n/mol)如表二:
表二:
    物质
温度/℃
活性炭NOCO2N2
初始3.0000.1000
T12.9600.0200.0400.040
T22.9750.0500.0250.025
①列式计算上述反应T1℃时的平衡常数K1=4;
②若T1<T2,则该反应的△H=<0(填“>”、“<”或“=”)理由是:从T1到T2,NO的浓度增大,说明升高温度,平衡逆向移动,由于升高温度平衡向吸热方向移动,所以该反应的逆反应为吸热反应,则△H<0.
(4)利用如图所示的电解装置可将雾霆中的SO2、NO转化为(NH42SO4则物质A是硫酸(填名称),阴极的电极反应式是:NO+5e-+6H+=NH4++H2O.电解方程式为:5SO2+2NO+8H2O=(NH42SO4+4H2SO4

分析 (1)溶液是电中性的,可根据电荷守恒式计算溶液中H+浓度,再计算pH;
(2)根据盖斯定律,由①=③×2+④×2-②得到2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g),据此计算反应的焓变;
(3)①计算各气体的平衡浓度,代入平衡常数表达式计算;
②若T1<T2,可根据温度升高时NO浓度的变化,判断平衡移动的方向,从而判断反应正向进行时是放热还是吸热;
(4)电解时NO转化为(NH42SO4的过程发生还原反应,电解池工作时阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应,并结合电解质溶液,写出电极反应式,再根据电子守恒写出总反应式,即可判断另一种产物.

解答 解:(1)根据表格提供的离子可知,NH4+水解导致试样溶液呈酸性,根据电荷守恒可知,c(K+)+c(NH4+)+c(Na+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(Cl-)+c(NO3-),c(H+)=10-4mol/L,pH=4,故答案为:4;
(2)由①=③×2+④×2-②得到2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g),反应的焓变△H1=2(+110.5kJ•mol-1)+2(-393.5kJ•mol-1)-(180.5kJ•mol-1)=-746.5kJ•mol-1,故答案为:-746.5;
(3)①平衡时c(NO)=$\frac{0.020mol}{2L}$=0.010mol/L,c(N2)=c(CO2)=$\frac{0.040mol}{2L}$=0.020mol/L,故T1℃时该反应的平衡常数为K1=$\frac{0.020×0.020}{0.01{0}^{2}}$=4,
故答案为:4; 
②由于T1<T2,从T1到T2,NO的浓度增大,说明升高温度,平衡逆向移动,由于升高温度平衡向吸热方向移动,所以该反应的逆反应为吸热反应,则△H<0,
故答案为:<;由于T1<T2,从T1到T2,NO的浓度增大,说明升高温度,平衡逆向移动,由于升高温度平衡向吸热方向移动,所以该反应的逆反应为吸热反应,则△H<0;
(4)二氧化硫中硫的元素化合价升高,在阳极发生反应,SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+,一氧化氮中的氮元素化合价降低,在阴极发生反应,一氧化氮得电子生成铵根离子,电极反应为:NO+5e-+6H+=NH4++H2O;根据电子守恒可知总反应为:5SO2+2NO+8H2O=(NH42SO4+4H2SO4,则生成硫酸铵外还有硫酸,
故答案为:硫酸;NO+5e-+6H+=NH4++H2O;5SO2+2NO+8H2O=(NH42SO4+4H2SO4

点评 本题为综合型,涉及考查盖斯定律的应用、平衡常数的计算、影响平衡的因素及电解原理的应用等,重视基础考查,难度中等,易错点为热化学方程式的书写.

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