Question

某市對大氣進行監測，發現該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5μm的懸浮顆粒物），其主要來源為燃煤、機動車尾氣等．因此，對PM2.5、SO₂、NO_x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．若測得該試樣所含離子的化學組分及其濃度如下表：

離子	H+	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度/mol?L-1	未測定	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）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

2

O₂（g）=H₂0 （g）△H=-241.8kJ?mol^-1
C（s）+

1

2

O₂（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．以下物質可作洗滌劑的是

 

．
a．Ca（OH）₂   b．Na₂CO₃  c．CaCl₂ d．NaHSO₃
（3）汽車尾氣中有NOx和CO的生成及轉化
①若1mol空氣含0.8mol N₂和0.2mol O₂，汽缸中的化學反應式為N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
1300℃時將1mol空氣放在密閉容器內反應達到平衡，測得NO為8×10^-4mol．計算該溫度下的平衡常數K=

 

．汽車啟動后，汽缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，其原因是

 

．
②目前，在汽車尾氣系統中裝置催化轉化器可減少CO和NOx的污染，其化學反應方程式為

 

．
③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，判斷該設想能否實現并簡述其依據：

 

．

Answer 1

分析：（1）依據電荷守恒，求出氫離子的濃度，帶入pH計算公式；
（2）①利用蓋斯定律，通過已知熱化學方程式運算得目標熱化學方程式；
②依據二氧化硫的性質：是一種酸性氧化物可以和堿反應，二氧化硫溶于水得亞硫酸，酸性強于碳酸，所以可以和碳酸鈉溶液反應．
（3）①列三段表示出各種物質平衡時的濃度，帶入平衡常數表達式；N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，該反應是吸熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡向正方向移動，單位時間內產生的NO多；
②CO和NOx在催化劑的作用下發生氧化還原反應生成無毒的二氧化碳和氮氣；
③利用反應能否自發進行的判據△H-T△S．

解答：解：（1）根據電荷守恒得：[H⁺]+[K⁺]+[Na⁺]+[NH₄⁺]=2[SO₄^2-]+[NO₃^-]+[Cl^-]，將表中數據帶入得：[H⁺]=10^-4，pH=-lg[H⁺]=4，故答案為：4；
（2）①H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂0 （g）△H=-241.8kJ?mol^-1 ①
      C（s）+

1

2

O₂（g）=CO （g）△H=-110.5kJ?mol^-1②
利用蓋斯定律將方程式變形：②-①得 C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol，故答案為：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夠與堿反應：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O；
   二氧化硫水溶液是亞硫酸所以也能夠與碳酸鈉反應：SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂↑所以可以用氫氧化鈣溶液和碳酸鈉溶液做洗滌劑；
 二氧化硫與氯化鈣溶液不反應，且在亞硫酸氫鈉溶液中的溶解度很小，所以不能用氯化鈣和亞硫酸氫鈉溶液做洗滌液，故答案為：ab；
（3）①設反應容器的體積是aL
根據題意得：
                  N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
 初始濃度    

0.8

a

          

0.2

a

          0         
 
轉化濃度      

4×10-4

a

     

4×10-4

a

    

8×10-4

a

，
           
平衡濃度  

0.8

a

-

4×10-4

a

   

0.2

a

-

4×10-4

a

   

8×10-4

a

    將各種物質的濃度帶入表達式 得K=

[NO]2

[N2][O2]

≈4×10^-6，故答案為：4×10^-6；
汽缸中發生的化學反應：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，這是個吸熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡向正方向移動，單位時間內產生的NO多，
故答案為：該反應是吸熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡向正方向移動，單位時間內產生的NO多；
②CO和NOx在催化劑發生反應：2XCO+2N0_X2XCO₂+N₂，故答案為：2XCO+2N0_X2XCO₂+N₂；
③2CO（g）=2C（s）+O₂（g）是一個熵值減小的反應即：△S＜0，同時又是一個△H＞O，所以△H-T△S一定大于0，所以任何條件下不能自發進行，
故答案為：不能實現，因為該反應的△H＞0，△S＜0，所以△H-T△S＞0．

點評：本題考查了pH值的計算、蓋斯定律求反應熱、化學平衡常數的計算、反應進行方向的判斷，題目綜合性非常強，涉及知識點多，難度中等，同時又結合了環境的污染和治理，題目又比較新穎，是高考的熱門話題，解題時應該結合相應的知識，認真解答．