Question

7．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PM2.5（直径小于等于2.5um的悬浮颗粒物）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）对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

根据表中数据计算试样的pH约为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：
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）K₁　   　
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）K₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）  K=$\sqrt{\frac{K{\;}_{2}}{{K}_{1}}}$（用含K₁、K₂的式子表示）
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．
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．根据△G=△H-T△S，△G＞0，不能实现．
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）根据电荷守恒得：[H⁺]+[K⁺]+[Na⁺]+[NH₄⁺]=2[SO₄^2-]+[NO₃^-]+[Cl^-]，计算H⁺离子浓度，进而确定pH值；
（2）①根据反应2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）K₁=$\frac{{c}^{2}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（{O}_{2）}}$，2C（s）+O₂（g）═2CO（g）K₂=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（O{\;}_{2}）}$，C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）K=$\frac{c（CO）c（H{\;}_{2}）}{c（H{\;}_{2}O）}$，由此确定K的值；
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）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，
故答案为：4；
（2）①根据反应2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）K₁=$\frac{{c}^{2}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（{O}_{2）}}$，2C（s）+O₂（g）═2CO（g）K₂=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（O{\;}_{2}）}$，C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）K=$\frac{c（CO）c（H{\;}_{2}）}{c（H{\;}_{2}O）}$=$\sqrt{\frac{K{\;}_{2}}{{K}_{1}}}$，
故答案为：$\sqrt{\frac{K{\;}_{2}}{{K}_{1}}}$；
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，故选：AB；
（3）①已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若气缸中进入1mol空气（1mol空气含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃时在密闭容器内反应达到平衡．测得NO为8×10^-4mol，反应前后气体物质的量相同，计算平衡常数时可以用物质的量代替平衡浓度计算，先计算物质的平衡量，N₂为0.8mol-4×10^-4 mol，O₂为0.2mol-4×10^-4 mol，带入平衡常数表达式即可，书写计算得K=$\frac{c{\;}^{2}（NO）}{c（N{\;}_{2}）c（O{\;}_{2}）}$=$\frac{（8×10{\;}^{-4}mol）{\;}^{2}}{（0.8-4×10{\;}^{-4}）mol×（0.2-4×10{\;}^{-4}）mol}$=4×10^-6，
故答案为：4×10^-6；
②2CO（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：该反应是焓增、熵减的反应．根据△G=△H-T△S，△G＞0，不能实现；
③CO和NO催化氧化生成氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案为：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂；

点评 本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、盖斯定律的应用、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．