Question

3．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PM_2.5（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PM_2.5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
（1）对PM_2.5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PM_2.5的酸碱性为酸性，试样的pH值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：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）H=+131.3KJ/mol；
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．CaCl₂    d．NaHSO₃
（3）汽车尾气中NO_x和CO的生成及转化为：
①已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
若1mol空气含有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；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是因为该反应为吸热反应，温度越高，反应速率加快，平衡右移．
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该反应是焓增，熵减的反应，任何温度下均不自发进行．
③目前，在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染，其化学反应方程式为2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）表格中的NH₄⁺水解显酸性，PM2.5的酸碱性为酸性．试样的pH值根据溶液中电荷守恒和水的离子积常数计算；
（2）①已知：ⅠH₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
ⅡC（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol
利用盖斯定律计算反应热，将Ⅱ-Ⅰ可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；
②依据二氧化硫的性质：是一种酸性氧化物可以和碱反应，二氧化硫溶于水得亚硫酸，酸性强于碳酸，所以可以和碳酸钠溶液反应；
（3）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，依据化学反应速率和平衡移动原理分析判断；
②根据G=△H-T•△S判断反应能否自发进行；
③CO和NO催化氧化生成氮气和二氧化碳．

解答 解：（1）NH₄⁺水解显酸性，PM2.5的酸碱性为酸性；根据电荷守恒有：c（K⁺）+c（H⁺）+c（Na⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-）+2 c（NO₃^-）+cCl^-），而c（OH^-）•c（H⁺）=10^-14，代入计算可得：c（OH^-）=10^-10mol/L，c（H⁺）=10^-4 mol/L，则PH=4；
故答案为：酸性；4；
（2）①已知：ⅠH₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
ⅡC（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol
利用盖斯定律计算反应热，将Ⅱ-Ⅰ可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）H=+131.3KJ/mol；
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）H=+131.3KJ/mol；
②二氧化硫是酸性氧化物所以具有酸性氧化物的通性能够与碱反应：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O；二氧化硫水溶液是亚硫酸所以也能够与碳酸钠反应：SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂↑所以可以用氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液做洗涤剂；二氧化硫与氯化钙溶液不反应，且在亚硫酸氢钠溶液中的溶解度很小，所以不能用氯化钙和亚硫酸氢钠溶液做洗涤液；
故答案为：ab；
（3）①令容器体积为1L，列三段式：
            N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
c始：0.8              0.2
c转：4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
c平：0.8-4×10^-4   0.2-4×10^-4 8×10^-4
代入K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）•c（{O}_{2}）}$≈4×10^-6；这是个吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多；
故答案为：4×10^-6；因为该反应为吸热反应，温度越高，反应速率加快，平衡右移；
②该反应是个气体体积减小的反应，△S＜0，又△H＞0，由△G=△H-T△S，任何温度下均不自发进行；
故答案为：该反应是焓增，熵减的反应，任何温度下均不自发进行；
③产物为N₂和CO₂才无污染：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂；
故答案为：2CO+2N$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

点评 本题考查了pH值的计算、盖斯定律求反应热、化学平衡常数的计算、反应进行方向的判断，题目综合性非常强，涉及知识点多，难度中等，同时又结合了环境的污染和治理，题目又比较新颖，是高考的热门话题，解题时应该结合相应的知识，认真解答．