Question

18．中国环境监测总站数据显示，颗粒物（PM2.5等）为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物，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

根据表中数据计算PM2.5待测试样的pH=4．
（2）NOx是汽车尾气的主要污染物之一．汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如下：

①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+183 kJ•moL^-1．
②当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出．写出NO被CO还原的化学方程式2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$ 2CO₂+N₂．
③汽车汽油不完全燃烧时还产生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，该设想能否实现？不能．你的依据是该反应是熵减、焓增的反应，任何温度下均不能自发进行．
（3）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行．
③用吸收H₂后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH）表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池．电池充放电时的总反应为：Ni（OH）₂+M?充电放电NiO（OH）+MH，电池放电时，负极电极反应式为MH+OH^--e^-=H₂O+M； 充电完成时，全部转化为NiO（OH），若继续充电，将在一个电极产生O₂，O₂扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极电极反应式为4O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）根据溶液中电荷守恒计算；
（2）①根据能量变化图计算反应热，反应热=吸收的能量-放出的能量，再根据热化学反应方程式的书写规则书写；
②NO被CO还原，则CO被NO氧化生成二氧化碳，据此写出反应方程式；
③如反应能自发进行，应满足△H-T•△S＜0；
（3）①碘和二氧化硫反应生成硫酸和HI，类似于氯气和二氧化硫的反应；
②根据平衡移动的原理来分析；
③电池放电时，负极发生氧化反应，MH被氧化生成水和M；为避免爆炸，氧气在阴极上得电子发生还原反应．

解答 解：（1）溶液中电荷守恒：c（K⁺）+c（NH₄⁺）++c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-），将表中数据带入可得c（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，pH值为4，
故答案为：4；
（2）①该反应中的反应热=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以其热化学反应方程式为：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•moL^-1，
故答案为：+183 kJ•moL^-1；
②在催化剂条件下，一氧化碳被氧化生成二氧化碳，一氧化氮被还原生成氮气，所以其反应方程式为：2NO+2CO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案为：2NO+2CO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂；
③2CO（g）=2C（s）+O₂（g），该反应是焓增、熵减的反应．根据G=△H-T•△S，G＞0，不能实现，
故答案为：不能；该反应是熵减、焓增的反应，任何温度下均不能自发进行；
（3）①碘和二氧化硫反应生成硫酸和HI，反应的离子方程式为SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，
故答案为：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②在膜分离器中发生反应：2HI?I₂+H₂，将H₂分离出来有利于平衡向右移动，利于I₂和H₂的生成，
故答案为：HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行；
③负极反应物MH失去电子，生成的H⁺在碱性条件下生成H₂O，电解反应式为：MH-e^-+OH^-=H₂O+M，阴极的电极反应有两个，第一阶段是充电时的反应式，阴极上电极反应式为M+H₂O+e^-═MH+OH^-，第二阶段为吸收氧气的电解反应式，由题意知氧气在阴极上被还原，电解质溶液呈碱性可知氧气被还原为OH^-，所以其电极反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，
故答案为：MH+OH^--e^-=H₂O+M；4O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

点评 本题较为综合，涉及化学反应方程式、离子方程式、热化学反应方程式、电极反应式的书写等知识点，注意反应热的计算方法，题目难度中等．