Question

12．某市对大气进行监测，发现该市首要污染物可吸入颗粒物PM2.5（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PM2.5、SO₂、NO₂等你进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
（1）对PM2.5样本用适量蒸馏水处理制成待测试样．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	6×10-4	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根据表中数据判断PM2.5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^-1  
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol^-1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol
②洗涤含SO₂的烟气．以下物质可作为洗涤剂的是ab．
a．Ca（OH）₂    b．Na₂CO₃    c．CaCl₂    d．NaHSO₃
（3）汽车尾气中NOx和CO的生成及转化
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0.8mol N₂和0.2mol O₂，1300℃时在密闭容器内反应达到平衡．测得NO的物质的量为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，原因是温度升高，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：因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以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+2N0$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）依据电荷守恒，求出氢离子的浓度，带入pH计算公式；
（2）①利用盖斯定律，通过已知热化学方程式运算得目标热化学方程式；
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列三段表示出各种物质平衡时的浓度，带入平衡常数表达式；N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，该反应是吸热反应，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；
②利用反应能否自发进行的判据△H-T△S；
③CO和NOx在催化剂的作用下发生氧化还原反应生成无毒的二氧化碳和氮气．

解答 解：（1）根据电荷守恒得：[H⁺]+[K⁺]+[Na⁺]+[NH₄⁺]=2[SO₄^2-]+[NO₃^-]+[Cl^-]，将表中数据带入得：[H⁺]=10^-4，pH=-lg[H⁺]=4，溶液呈酸性，
故答案为：酸性；4；
（2）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂0 （g）△H=-241.8kJ•mol^-1 ①
 C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO （g）△H=-110.5kJ•mol^-1②
利用盖斯定律将方程式变形：②-①得 C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol，
故答案为：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（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设反应容器的体积是aL
根据题意得：
                  N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
 初始浓度     $\frac{0.8}{a}$           $\frac{0.2}{a}$          0         
 
转化浓度      $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$     $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$     $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$，
           
平衡浓度   $\frac{0.8}{a}$-$\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$   $\frac{0.2}{a}$-$\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$    $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$    将各种物质的浓度带入表达式 得K=$\frac{[NO]^{2}}{[{N}_{2}][{O}_{2}]}$≈4×10^-6，
气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是温度升高，反应速率加快，平衡右移；
故答案为：4×10^-6；温度升高，反应速率加快，平衡右移；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）是一个熵值减小的反应即：△S＜0，同时又是一个△H＞O，所以△H-T△S一定大于0，所以任何条件下不能自发进行，
故答案为：因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以任何温度下均不自发进行；
③CO和NOx在催化剂发生反应：2CO+2N0$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，故答案为：2CO+2N0$\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．