Question

某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物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，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．若测得该试样所含离子的化学组分及其浓度如下表：

离子	H+	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
浓度/mol?L-1	未测定	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根据表中数据判断试样的pH=

 

．
（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）+

1

2

O₂（g）=H₂0 （g）△H=-241.8kJ?mol^-1
C（s）+

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：

 

．
②洗涤含SO₂的烟气．以下物质可作洗涤剂的是

 

．
a．Ca（OH）₂   b．Na₂CO₃  c．CaCl₂ d．NaHSO₃
（3）汽车尾气中有NOx和CO的生成及转化
①若1mol空气含0.8mol N₂和0.2mol O₂，汽缸中的化学反应式为N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
1300℃时将1mol空气放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=

 

．汽车启动后，汽缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，其原因是

 

．
②目前，在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NOx的污染，其化学反应方程式为

 

．
③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，判断该设想能否实现并简述其依据：

 

．

Answer 1

分析：（1）依据电荷守恒，求出氢离子的浓度，带入pH计算公式；
（2）①利用盖斯定律，通过已知热化学方程式运算得目标热化学方程式；
②依据二氧化硫的性质：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列三段表示出各种物质平衡时的浓度，带入平衡常数表达式；N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，该反应是吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多；
②CO和NOx在催化剂的作用下发生氧化还原反应生成无毒的二氧化碳和氮气；
③利用反应能否自发进行的判据△H-T△S．

解答：解：（1）根据电荷守恒得：[H⁺]+[K⁺]+[Na⁺]+[NH₄⁺]=2[SO₄^2-]+[NO₃^-]+[Cl^-]，将表中数据带入得：[H⁺]=10^-4，pH=-lg[H⁺]=4，故答案为：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
利用盖斯定律将方程式变形：②-①得 C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol，故答案为：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够与碱反应：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O；
   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↑所以可以用氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液做洗涤剂；
 二氧化硫与氯化钙溶液不反应，且在亚硫酸氢钠溶液中的溶解度很小，所以不能用氯化钙和亚硫酸氢钠溶液做洗涤液，故答案为：ab；
（3）①设反应容器的体积是aL
根据题意得：
                  N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
 初始浓度    

0.8

a

          

0.2

a

          0         
 
转化浓度      

4×10-4

a

     

4×10-4

a

    

8×10-4

a

，
           
平衡浓度  

0.8

a

-

4×10-4

a

   

0.2

a

-

4×10-4

a

   

8×10-4

a

    将各种物质的浓度带入表达式 得K=

[NO]2

[N2][O2]

≈4×10^-6，故答案为：4×10^-6；
汽缸中发生的化学反应：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，这是个吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多，
故答案为：该反应是吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多；
②CO和NOx在催化剂发生反应：2XCO+2N0_X2XCO₂+N₂，故答案为：2XCO+2N0_X2XCO₂+N₂；
③2CO（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：不能实现，因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以△H-T△S＞0．

点评：本题考查了pH值的计算、盖斯定律求反应热、化学平衡常数的计算、反应进行方向的判断，题目综合性非常强，涉及知识点多，难度中等，同时又结合了环境的污染和治理，题目又比较新颖，是高考的热门话题，解题时应该结合相应的知识，认真解答．