Question

雾霾天气严重影响了人们的生活质量，其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一．
Ⅰ．将PM_2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样．
若测得该样本所含水溶性无机离子的化学组分及其浓度如下表：

离子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
浓度/mol?L-1	3×10-6	7×10-6	2×10-5	3×10-5	5×10-5	2×10-5

根据表中数据判断该试样的pH=

 

（1）方法一：工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄（连二亚硫酸钠）和NH₄NO₃ 产品的流程图如图1（Ce为铈元素）：
①装置Ⅰ中的主要反应的离子方程式为

 

；
②装置Ⅲ可以使Ce⁴⁺中再生，若用甲烷燃烧电池电解该装置中的溶液，当消耗1mol甲烷时，理论上可再生

 

molCe⁴⁺．
方法二：NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．反应原理如图2所示：
①图3是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氢率，由图综合考虑可知最佳的催化剂和相应的温度分别为

 

（填序号）
a．Mn，200℃左右、b．Cr，450℃左右、c．Mn和Cr，300℃左右．
②用Fe做催化剂时，在氨气足量的情况下，不同

c(NO2)

c(NO)

=1：1脱氢效果最佳．已知生成11.2L N₂（标）反应放出的热量为QkJ，此时对应的脱氢反应的热化学方程式为

 

．

Answer 1

考点：pH的简单计算,制备实验方案的设计

专题：

分析：Ⅰ、依据电荷守恒，计算溶液中含有的是氢离子还是氢氧根，然后计算pH值即可；
Ⅱ、（1）①二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱之间发生反应；
②1molCe³⁺再生转化为Ce⁴⁺，提供电子为1mol，1mol甲烷完全燃烧，转移电子为mol，据此解答即可；
（2）①温度越高，对设备的要求越高，所以如果催化剂在较低温度下能较大程度的脱氢即可；根据纵坐标判断，相同温度下，脱氢率越高的效果越好；生成1mol氮气放出QkJ热量，则生成2mol氮气放出2QkJ热量．

解答： 解：Ⅰ、溶液中遵循电荷守恒：c（K⁺）+c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）+c（OH^-）和K_W，即：3×10^-6+7×10^-6+3×10^-5+c（H⁺）=2×3×10^-5+5×10^-5+2×10^-5，解c（H⁺）=10^-4mol?L^-1，pH值为4，故答案为：4；
Ⅱ、（1）①二氧化硫是酸性氧化物，能和强碱氢氧化钠之间发生反应：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氢氧化钠之间不会反应，故答案为：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
②甲烷燃料电池中，在碱性溶液中，甲烷燃料电池的负极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故每有1mol甲烷反应，转移电子数为8mol，每生成1molCe⁴⁺，提供电子为1mol，故答案为：8；
（2）①根据图象知，脱氢率越高越好，但Cr作催化剂时温度高于Mn，温度越高，对设备要求越高，增大生产成本，且脱氢率增大较小，所以使用Mn作催化剂较好；根据图象知，在温度为200-250℃或范围内间任意温度，脱氢率较高，故答案为：a；
②生成0.5mol氮气放出QkJ热量，则生成2mol氮气放出4QkJ热量，则其热化学反应方程式为2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-4QkJ/mol，
故答案为：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-4QkJ/mol．

点评：本题主要考查的是图象分析，涉及热化学反应方程式书写，pH计算、氧化还原反应反应等，综合性较强，难度较大．