Question

【題目】霧霾天氣頻繁出現，嚴重影響人們的生活和健康。其中首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5，其主要來源為燃煤、機動車尾氣等。因此，對PM2.5、SO2、NOx等進行研究具有重要意義。請回答下列問題：

（1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣。

若測得該試樣所含水溶性無機離子的化學組分及其平均濃度如下表：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度mol/L	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根據表中數據判斷試樣的pH=_________。

（2）汽車尾氣中NOx和CO的生成：

①已知汽缸中生成NO的反應為：N2(g)+O2(g)2NO(g) △H>0恒溫，恒容密閉容器中，下列說法中能說明該反應達到化學平衡狀態的是____

A.混合氣體的密度不再變化 B.混合氣體的平均分子量不再變化

C.N2、O2、NO的物質的量之比為1∶1∶2 D.氧氣的百分含量不再變化

②汽車燃油不完全燃燒時產生CO，有人設想按下列反應除去CO，2CO(g)=2C(s)+O2(g)，已知該反應的△H＞0，則該設想能否實現______________（填“能”或“不能”）

（3）為減少SO2的排放，常采取的措施有：

①將煤轉化為清潔氣體燃料。已知：

H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1

C(s)+1/2O2(g) =CO(g)△H =-110.5kJ·mol-1

寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式：___________________。

②洗滌含SO2的煙氣。

（4）汽車尾氣凈化的主要原理：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)；△H＜0，若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態的是_________（填序號）。（如圖中v正、K、n、w分別表示正反應速率、平衡常數、物質的量、質量分數）

車輛排放的氮氧化物、煤燃燒產生的二氧化硫是導致霧霾天氣的“罪魁禍首”之一。活性炭可處理大氣污染物NO。在5L密閉容器中加入NO和活性炭（假設無雜質）。一定條件下生成氣體E和F。當溫度分別在T1℃和T2℃時，測得各物質平衡時物質的量（n/mol）如下表：

物質 溫度/℃	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）寫出NO與活性炭反應的化學方程式______________________；

（2）計算上述反應T1℃時的平衡常數K1=__________________；若T1＜T2，則該反應的△H__________________0(填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）上述反應T1℃時達到化學平衡后再通入0.1molNO氣體，則達到新化學平衡時NO的轉化率為________；

【答案】 4 D 不能 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 BD C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g) 4 < 80%

【解析】（1）根據表格提供的離子可知，NH4＋ 水解導致試樣溶液呈酸性，再根據電荷守恒可知，c(K＋)+c(NH4＋ )+c(Na＋)+c(H＋)=2c(SO42-)+c(Cl－)+c(NO3-)，將表格中的數據代入得H+離子濃度為10-4，則PH值為4。

（2）①在恒容密閉容器中，混合氣體的質量和體積始終不變，混合氣體的密度也始終不變，密度不能作為達到平衡狀態的判據，A項錯誤；該反應是氣體體積不變的可逆反應，根據M=質量/n，則混合氣體的平均分子量始終不變，不能作為達到平衡的判據，B項錯誤；N2、O2、NO的物質的量之比為1∶1∶2不能說明反應各物質的濃度保持不變，C項錯誤；氧氣的百分含量不再變化，說明反應達到平衡狀態，D項正確；答案選D。

②化學反應2CO(g)=2C(s)+O2(g)是一個熵減、吸熱的反應，則△H-T△S>0，所以該設想不能實現。

（3）已知：①H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1、②C(s)+1/2O2(g) =CO(g) △H =-110.5kJ·mol-1，利用蓋斯定律，將②-①可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=（-110.51kJmol-1）-（-241.81kJmol-1）=+13l.3 kJmol-1，所以焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 。

（4）可逆反應達化學平衡狀態時正逆反應速率不再變化，A項錯誤；該物質的濃度在化學平衡時保持不變，所以K不再變化，B項正確；對于恒容容器而言，各物質的物質的量不再改變，C項錯誤；平衡時NO的質量分數不再改變，D項正確，答案選BD。

（5）①由表中數據可知，C、NO、E、F的化學計量數之比為0.040：0.080：0.040：0.040 =1：2：1：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成物為N2與CO2，且該反應為可逆反應，則反應方程式為C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)。

②從表中數據可知T1℃時的平衡濃度c(NO)=0.004mol/L，c(N2)=c(CO2)=0.008 mol/L，則T1℃時該反應的平衡常數為K1=（0.008×0.008）÷(0.004×0.004)=4從T1到T2，NO的濃度增大，說明平衡逆向移動，若T1＜T2，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，則該反應的正向為放熱反應，則△H < 0。

③在T1時，K=4，設NO的轉化率為x，根據三段式解答：

C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)

起始濃度 0.04 0 0

變化濃度 0.04x 0.02x 0.02x

平衡濃度 0.04-0.04x 0.02x 0.02x

K=[0.02x×0.02x]÷[(0.04-0.04x)×(0.04-0.04x)=4，解得x=0.8，即達到新的平衡時，NO的轉化率為80%。

【題型】填空題
【結束】
10

【題目】鈦被稱為“二十一世紀金屬”，工業上用鈦鐵礦制備金屬鈦的工藝流程如下：

已知：鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應的主要產物是TiOSO4和FeSO4，TiOSO4遇水會水解。請回答下列問題：

（1）操作1用到的玻璃儀器除燒杯外還有_________；

（2）請結合化學用語解釋將TiO2+轉化為H2TiO3的原理_______________。

（3）已知鈦的還原性介于鋁與鋅之間。如果可從Na、Zn、Fe三種金屬中選一種金屬代替流程中的鎂，那么該金屬跟四氯化鈦反應的化學方程式是____________。

（4）電解TiO2來獲得Ti是以TiO2作陰極，石墨為陽極，熔融CaO為電解質，用碳塊作電解槽，其陰極反應的電極反應式是___________________________________。

（5）為測定溶液中TiOSO4的含量，先取待測鈦液10 mL用水稀釋至100 mL，加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應：3TiO2+ +Al+6H+=3Ti3++Al3++3H2O。過濾后，取無色濾液20.00 mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液作指示劑，用______________________（填一種玻璃儀器的名稱）滴加0.1000mol·L-1 FeCl3溶液，發生Ti3++Fe3+=Ti4++Fe2+。滴定終點時的現象是___________________________________，若用去了30.00mL FeC13溶液，待測鈦液中TiOSO4的物質的量濃度是______________mol/L。

Answer 1

【答案】 漏斗、玻璃棒 溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當加入水稀釋、升溫后，平衡正向移動 TiCl4+4Na Ti+4NaCl TiO2 + 4e- ＝ Ti + 2O2- 酸式滴定管 溶液由無色變成紅色且半分鐘不褪色 1.50 mol/L

【解析】鈦鐵礦用濃硫酸溶解，濃硫酸具有酸性，強氧化性，反應的主要產物是TiOSO4和FeSO4，還可能有少量Fe2(SO4)3；向所得溶液中加入大量水稀釋后，加入過量鐵粉還原Fe3+，過濾得到濾液中只含有TiOSO4和FeSO4；TiOSO4水解過濾后得到H2TiO3，H2TiO3加熱灼燒得到TiO2，加入Cl2、過量碳高溫反應生成TiCl4，TiCl4和Mg高溫反應得到MgCl2和Ti。

（1）操作1為過濾，所需玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，故還缺少的儀器為：漏斗和玻璃棒；故答案為：漏斗、玻璃棒；

（2）TiOSO4遇水會水解，水解方程式為TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，水解是吸熱過程，加熱能促進水解；加水稀釋，促進水解。

故答案為：溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當加入水稀釋、升溫后，平衡正向移動；

（3）在流程中，金屬鎂置換出鈦單質，反應方程式為：TiCl4+2MgTi+2MgCl2。鈦的還原性介于鋁與鋅之間，即還原性：Al＞Ti＞Zn，又因為還原性Na＞Al＞Zn＞Fe，則Na＞Al＞Ti＞Zn＞Fe，故Na、Zn、Fe三種金屬中只能選擇金屬Na代替鎂。反應方程式為：TiCl4+4Na

Ti+4NaCl。

故答案為：TiCl4+4NaTi+4NaCl；

（4）根據題意可知，TiO2作陰極，得電子，被還原得到單質Ti，則陰極電極反應式為：TiO2+4e-=Ti+2O2-。故答案為：TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（5）FeC13有強的氧化性，腐蝕橡膠，且其溶液呈酸性，所以選擇酸式滴定管。用KSCN溶液作指示劑，TiO2+反應完之前溶液為無色。當反應完，再滴入1滴FeC13溶液，溶液立即變紅色，且半分鐘后溶液顏色不褪色，到達滴定終點，停止滴定。

滴定過程中消耗n(FeC13)=0.1mol/L×0.03L=0.003mol。根據反應方程式可得出TiOSO4與Fe3+的關系式：TiOSO4～Ti3+～Fe3+，即滴定過程中n(FeC13)= n(TiOSO4)= 0.003mol。原待測液為10mL，稀釋至100mL后，取2omL溶液進行滴定實驗。所以原10mL待測液中含n(TiOSO4)= 0.003mol×=0.015mol，c(TiOSO4)= =1.5 molL-1。

故答案為：酸式滴定管；溶液由無色變成紅色且半分鐘不褪色 ；1.5 molL-1．