Question

20．近年来，雾霾天气频繁出现，严重影响人们的生活和健康．其中首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5，其主要来源为燃煤、机动车尾气等．因此，对PM2.5，SO₂，NO_x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表一：
表一：

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

根据表一中数据计算试样的pH=4．
（2）我国北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气也是雾霆的主要来源之一．经研究发现将煤炭在O₂/CO₂的气氛下燃烧能够降低燃煤时NO的排放，主要反应如下：
①2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₁
若②N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₂=+180.5kJ•mol^-1
③CO（g）?C（s）+$\frac{1}{2}$O₂△H₃=+110.5kJ•mol^-1
④C（s）+O₂（s）?CO₂（g）△H₄=-393.5kJ•mol^-1
则△H₁=-746.5kJ•mol^-1
（3）活性炭可处理大气污染物NO．在5L密闭容器中加入NO和活性炭（假设无杂质）．一定条件下发生反应：C（s）+2NO（g）?CO₂（g）+N₂（g）△H．当温度分别在T₁℃和T₂℃时，测得各物质平衡时物质的量（n/mol）如表二：
表二：

物质 温度/℃	活性炭	NO	CO2	N2
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列式计算上述反应T₁℃时的平衡常数K₁=4；
②若T₁＜T₂，则该反应的△H=＜0（填“＞”、“＜”或“=”）理由是：从T₁到T₂，NO的浓度增大，说明升高温度，平衡逆向移动，由于升高温度平衡向吸热方向移动，所以该反应的逆反应为吸热反应，则△H＜0．
（4）利用如图所示的电解装置可将雾霆中的SO₂、NO转化为（NH₄）₂SO₄则物质A是硫酸（填名称），阴极的电极反应式是：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O．电解方程式为：5SO₂+2NO+8H₂O=（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄．

Answer 1

分析 （1）溶液是电中性的，可根据电荷守恒式计算溶液中H⁺浓度，再计算pH；
（2）根据盖斯定律，由①=③×2+④×2-②得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），据此计算反应的焓变；
（3）①计算各气体的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
②若T₁＜T₂，可根据温度升高时NO浓度的变化，判断平衡移动的方向，从而判断反应正向进行时是放热还是吸热；
（4）电解时NO转化为（NH₄）₂SO₄的过程发生还原反应，电解池工作时阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，并结合电解质溶液，写出电极反应式，再根据电子守恒写出总反应式，即可判断另一种产物．

解答 解：（1）根据表格提供的离子可知，NH₄⁺水解导致试样溶液呈酸性，根据电荷守恒可知，c（K⁺）+c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（Cl^-）+c（NO₃^-），c（H⁺）=10^-4mol/L，pH=4，故答案为：4；
（2）由①=③×2+④×2-②得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反应的焓变△H₁=2（+110.5kJ•mol^-1）+2（-393.5kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5kJ•mol^-1，故答案为：-746.5；
（3）①平衡时c（NO）=$\frac{0.020mol}{2L}$=0.010mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=$\frac{0.040mol}{2L}$=0.020mol/L，故T₁℃时该反应的平衡常数为K₁=$\frac{0.020×0.020}{0.01{0}^{2}}$=4，
故答案为：4； 
②由于T₁＜T₂，从T₁到T₂，NO的浓度增大，说明升高温度，平衡逆向移动，由于升高温度平衡向吸热方向移动，所以该反应的逆反应为吸热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；由于T₁＜T₂，从T₁到T₂，NO的浓度增大，说明升高温度，平衡逆向移动，由于升高温度平衡向吸热方向移动，所以该反应的逆反应为吸热反应，则△H＜0；
（4）二氧化硫中硫的元素化合价升高，在阳极发生反应，SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，一氧化氮中的氮元素化合价降低，在阴极发生反应，一氧化氮得电子生成铵根离子，电极反应为：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O；根据电子守恒可知总反应为：5SO₂+2NO+8H₂O=（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄，则生成硫酸铵外还有硫酸，
故答案为：硫酸；NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O；5SO₂+2NO+8H₂O=（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄．

点评 本题为综合型，涉及考查盖斯定律的应用、平衡常数的计算、影响平衡的因素及电解原理的应用等，重视基础考查，难度中等，易错点为热化学方程式的书写．