Question

5．某市对大气进行监测，发现该市首要污染物可吸入颗粒物PM2.5（直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物），其主要来源为燃煤、机动车尾气等．因此PM2.5、SO₂、NO₂等你进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
（1）对PM2.5样本用适量蒸馏水处理制成待测试样．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PM2.5的酸碱性为酸性，试样的PH值=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．以下物质可作为洗涤剂的是ab．
a．Ca（OH）₂    b．Na₂CO₃    c．CaCl₂    d．NaHSO₃
（3）汽车尾气中NOx和CO的生成及转化：
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0.8mol N₂和0.2mol O₂，1300℃时在密闭容器内反应达到平衡．测得NO的物质的量为8×10^-4mol，计算该温度下的平衡常数K=4×10^-6．汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是该反应为吸热反应，则温度升高，反应速率加快，平衡向吸热方向即右移动．
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：因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以任何温度下均不自发进行；
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+2N0 $\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；根据溶液中电荷守恒计算H⁺离子浓度再求pH值；
（2）①已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.8kJ•mol^-1，②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1，利用盖斯定律，将②-①可得焦炭与水蒸气反应的热化学方程式；
②二氧化硫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K=$\frac{c{\;}^{2}（NO）}{c（N{\;}_{2}）c（O{\;}_{2}）}$计算；该反应为吸热反应，则温度升高，反应速率加快，平衡向吸热方向即右移动；
②根据G=△H-T•△S判断反应能否自发进行；
③CO和NO在催化剂发生反应生成无污染的气体CO₂和N₂．

解答 解：（1）观察表格中发现NH₄⁺水解显酸性，所以PM2.5的酸碱性为酸性，溶液中电荷守恒：C（K⁺）+C（NH₄⁺）+c（Na⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-），4×10^-6mol/L+2×10^-5mol/L+6×10^-6mol/L+C（H⁺）=2×4×10^-5mol/L+3×10^-5mol/L+2×10^-5mol/L，得C（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，pH=-lg[H⁺]=4，
故答案为：酸性；4；
（2）①已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
利用盖斯定律，将②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1；
②a．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，可以用氢氧化钙吸收二氧化硫，故a正确；
b．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↑，可以用碳酸钠溶液做洗涤剂，故b正确；
c．二氧化硫与氯化钙溶液不反应，不能用氯化钙溶液吸收二氧化硫，故c错误；
d．二氧化硫与NaHSO₃溶液不反应，不能用NaHSO₃溶液吸收二氧化硫，故d错误；
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，
气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是该反应为吸热反应，则温度升高，反应速率加快，平衡向吸热方向即右移动；
故答案为：4×10^-6；该反应为吸热反应，则温度升高，反应速率加快，平衡向吸热方向即右移动；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）是一个熵值减小的反应即：△S＜0，同时又是一个△H＞O，所以△H-T•△S一定大于0，所以任何条件下不能自发进行，
故答案为：因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以任何温度下均不自发进行；
③CO和NO在催化剂发生反应生成无污染的气体CO₂和N₂，方程式为2CO+2N0 $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，故答案为：2CO+2N0 $\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．