Question

4．今年入冬以来，银川雾霾天气频繁出现，空气质量很差，严重影响市民的生活和健康．其中首要污染物为可吸入颗粒物PM_2.5，其主要来源为燃煤、机动车尾气等．因此，对PM_2.5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
（1）将PM_2.5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：

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

根据表中数据判断PM₂₅的酸碱性为酸性，试样的pH=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）=CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1．
②洗涤含SO₂的烟气．以下物质可作洗涤剂的是a、b．
a．Ca（OH）₂      b．Na₂CO₃       c．CaCl₂d．NaHSO₃
（3）汽车尾气中NOx和CO的生成及转化
①已知汽缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0若1mol空气含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．汽车启动后，汽缸温度越高，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目前，在汽车尾气系统中安装催化转化器可减少CO和NO的污染，反应方程式为2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）观察表格中发现NH₄⁺水解显酸性，PM2.5的酸碱性为酸性；
（2）①利用盖斯定律计算反应热；
②二氧化硫使酸性氧化物和碱或碱性盐溶液反应；
（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根据生成物为氮气和二氧化碳书写．

解答 解：（1）观察表格中发现NH₄⁺水解显酸性，PM2.5的酸碱性为酸性．试样的pH值根据溶液中电荷守恒计算H+离子浓度为10^-4，PH值为4，故答案为：酸性；4；
（2）①已知：①H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C （s）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=CO （g）△H=-110.51kJ•mol^-1，
利用盖斯定律，将②-①可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=（-110.51kJ•mol^-1）-（-241.81kJ•mol^-1）=++13l.3 kJ•mol^-1；
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3 kJ•mol^-1；
②洗涤含SO₂的烟气，根据酸性氧化物的性质选a．Ca（OH）₂ b．Na₂CO₃，故答案为：a、b；
（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，得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=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；
②汽车尾气系统中装置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pH值的计算、盖斯定律的应用、化学平衡常数的计算等，题目难度中等，注意相关知识的积累．