Question

7．2013年初，雾霾天气多次肆虐我国中东部，该地区PM2.5严重超标．研究表明，PM2.5约60%来源于某些气体污染物在空气中转变而成的二次颗粒物．这些气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物．因此，控制、治理PM2.5污染源成为环保的重要课题．
（1）研究表明，TiO₂在紫外线照射下会使空气中的某些分子产生活性基团OH，如图1所示，OH与NO₂的反应为
NO₂+OH→HNO₃．写出OH与NO反应的化学方程式：3OH+NO=HNO₃+H₂O，该反应中被氧化的元素是N．
（2）如图2所示的电解装置能吸收和转化NO₂、NO和SO₂．阴极排出的溶液中含S₂O₄^2-离子，能吸收NO_x气体，生成的SO₃^2-可在阴极区再生．请将S₂O₄^2-吸收NO₂的离子方程式配平，并标明电子转移的方向和数目．
4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-→8SO₃^2-+1N₂+4H₂O
（3）已知上述电解装置阳极反应为：SO₂-2e+2H₂O→SO₄^2-+4H⁺，阴极生成的吸收液每吸收标准状况下7.84L的气体，阳极区新生成质量分数为49%的硫酸100g，则被吸收气体中NO₂和NO的物质的量之3：4．
（4）PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质．一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）则主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物的排放等．请你结合信息，给出降低PM2.5排放的对策（至少两条）：采用新能源、减少机动车有害尾气的排放．

Answer 1

分析 （1）根据方程式NO₂+OH→HNO₃可知，活性基团OH具有强氧化性，所以OH具有能把NO氧化生成硝酸，根据原子守恒可知，反应中还应该有水生成，结合化合价的变化分析；
（2）S₂O₄^2-中S元素的化合价从+3价升高到+4价，失去1个电子．NO₂中氮元素的化合价从+4价降低到0价，得到4个电子，所以根据电子得失守恒可知，氧化剂NO₂与还原剂S₂O₄^2-中S₂O₄^2-的物质的量之比是1：2，根据原子守恒可知，反应中还应该有水生成；
（3）根据气体的物质的量以及电解时转移的电子守恒列方程组计算；
（4）由于2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物的排放等．

解答 解：（1）根据方程式NO₂+OH→HNO₃可知，活性基团OH具有强氧化性，所以OH具有能把NO氧化生成硝酸，根据原子守恒可知，反应中还应该有水生成，因此反应的化学方程式是NO+3OH→HNO₃+H₂O，在反应中NO中+2价的氮元素化合价升高到+5价，所以被氧化的元素是N；
故答案为：NO+3OH→HNO₃+H₂O；N；
（2）根据方程式可知，S₂O₄^2-中S元素的化合价从+3价升高到+4价，失去1个电子．NO₂中氮元素的化合价从+4价降低到0价，得到4个电子，所以根据电子得失守恒可知，氧化剂NO₂与还原剂S₂O₄^2-中S₂O₄^2-的物质的量之比是1：2，根据原子守恒可知，反应中还应该有水生成，所以配平后的方程式应该是；
故答案为：．
（3）标准状况下7.84 L的气体的物质的量是7.84L÷22.4L/mol=0.35mol，
设NO₂和NO的物质的量分别是x和y，
则x+y=0.35mol．100 g 49%的硫酸中硫酸的质量是49g，物质的量是49g÷98g/mol=0.5mol，
则根据方程式SO₂-2e^-+2H₂O→SO₄^2-+4H⁺可知，转移电子的物质的量是0.1mol，
所以根据电子得失守恒可知，4x+2y=1mol，解得x=0.15mol、y=0.20mol，所以被吸收气体中NO₂和NO的物质的量之比为3：4；
故答案为：3：4．
（4）由于2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物的排放等，所以要降低PM2.5排放的对策应该是采用新能源、减少机动车有害尾气的排放；
故答案为：采用新能源、减少机动车有害尾气的排放．

点评 本题考查氧化还原反应方程式的配平、计算以及有关判断，大气污染以及治理，电解原理的有关应用等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．