Question

1．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、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	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=4．
（2）汽车尾气中NO_x和CO的生成：
①已知汽缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0恒温，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．混合气体的平均相对分子质量不再变化
C．N₂、O₂、NO的物质的量之比为1：1：2     D．氧气的百分含量不再变化
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”）
（3）汽车尾气净化的主要原理：2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）；△H＜0，若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是BD（填序号）．（如图中v_正、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数）

（4）车辆排放的氮氧化物、煤燃烧产生的二氧化硫是导致雾霾天气的“罪魁祸首”之一．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）．一定条件下生成气体E和F．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：

物质 温度/℃	活性炭	NO	E	F
初始	3.000	0.10	0	0
T1	2.960	0.020	0.040	0.040
T2	2.975	0.050	0.025	0.025

①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“=”）．
③上述反应T₁℃时达到化学平衡后再通入0.1molNO气体，则达到新化学平衡时NO的转化率为80%．

Answer 1

分析 （1）先根据溶液中电荷守恒计算氢离子的浓度，然后求出pH；
（2）①根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
②依据反应自发进行的条件是△H-T△S＜0分析判断；
（3）A、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
B、到达平衡后，温度为定值，平衡常数不变，结合反应热判断随反应进行容器内温度变化，判断温度对化学平衡常数的影响；
C、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，最后不再变化；
D、到达平衡后各组分的含量不发生变化；
（4）由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为（3.000-2.960）：（0.10-0.020）：0.040：0.040=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂；
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，温度升高NO浓度增大，平衡逆向进行；
③反应C+2NO?N₂+CO₂是一个气体体积不变的反应，而反应物只有一种，故加入NO气体，建立的平衡和原平衡为等效平衡．

解答 解：（1）观察表格中发现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：c（H⁺）+c（K⁺）+c（Na⁺）+c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）计算H⁺离子浓度为10^-4，该样本的pH=4，
故答案为：4；
（2）①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0恒温，恒容密闭容器中，
A．反应前后气体质量不变，体积不变，混合气体的密度始终不变化，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；                  
B．反应前后气体质量不变，气体物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量始终不变化，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．N₂、O₂、NO的物质的量之比为1：1：2 不能说明正逆反应速率相同，故C错误；
D．氧气的百分含量不再变化是平衡标志，故D正确；
故答案为：D；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）已知该反应的△H＞0，反应是焓变增大，熵变减小的反应，△H＞0，△S＜0，则△H-T△S＞0，反应任何温度下都不能自发进行；
故答案为：不能；
（3）A、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故A错误；
B、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故B正确；
C、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故C错误；
D、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故D正确；
故答案为：BD；
（4）由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为（3.000-2.960）：（0.10-0.020）：0.040：0.040=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂，且该反应为可逆反应，反应方程式为C+2NO?N₂+CO₂，
①平衡时c（NO）=$\frac{0.020mol/L}{2l}$=0.010mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=$\frac{0.04mol}{2L}$=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； 
②T₁＜T₂，图表中NO随温度升高增大，说明升温平衡逆向进行，正反应为放热反应，该反应△H＜0，
故答案为：＜；
③反应C+2NO?N₂+CO₂是一个气体体积不变的反应，而反应物只有一种，故加入NO气体，建立的平衡和原平衡为等效平衡，原平衡中NO转化率为 $\frac{0.10-0.020}{0.10}$×100%=80%，则达到新平衡时NO的转化率为80%，
故答案为：80%．

点评 该题综合考查化学反应原理的基础知识，涉及离子的水解、pH值的计算、化学平衡常数的计算、自由能的应用等，题目难度中等，注意相关知识的积累．