Question

7．某市大气质量监测站对市区出现雾霾时的大气监测发现：首先要污染物为PM_2.5，并对其进行分析．
（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浓度如下表：

离子	Ca2+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
浓度/mol．L-1	2×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-6	3×10-5	2×10-6

根据表中数据计算该试样的pH=5．
（2）该地区若有降雨则可大大缓解雾霾天气，但也会带来另一种环境问题：形成酸雨．
（3）环境治理要从根源一着手，减少SO₂、NO₂等气体的排放是重要措施．汽车发动机工作时气缸中会引发N₂和O₂的反应，其能时变化示意图如下：

   ①写出该反应的热化学方程式：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1．
   ②汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO的排放量越大，其原因是：正反应为吸热反应，升高温度，平衡向着正向移动．
   ③将NO₂变成无害的N₂要找到合适的物质G与适当的反应条件，G应为还原剂（填“还原剂”或“氧化剂”）．下式中X必须为无污染的物质，化学计量数n可为0．NO₂+G→N₂+H₂O+nX（未配平的反应式）
   下列化合物中满足上述反反应式式中的G是ad（填字母代号）．
    a．NH₃  b．CO₂  c．SO₂  d．CH₃CH₂OH
（4）利用电化学传感器能够准确、快速地测定NO₂的含量．一种以ZrO₂为固体电解质（传递O^2-），总反应为：2NO+O₂=2NO₂，则其负极的电极反应为NO+O^2--2e^-=NO₂．若传感器检测的电子流量为1×10^-3mol/s，则通过传感器的NO的流量为15mg/s．

Answer 1

分析 （1）根据溶液中电荷守恒计算出氢离子浓度，再计算出其pH；
（2）根据（1）的计算结果可知，该大气的污染物溶于水容易形成酸雨；
（3）①根据能量变化图计算反应热，反应热=反应物的键能和-生成物的键能和，从而书写热化学方程式；
②该反应为吸热反应，根据温度对化学平衡的影响分析；
③根据氧化还原反应中氧化剂和还原剂的特点结合常见的氧化剂和还原剂来回答；
（4）原电池中负极失去电子被氧化，根据反应2NO+O₂=2NO₂中化合价变化判断负极反应、写出负极电极反应式；根据电子守恒计算出通过传感器的NO的流量．

解答 解：（1）溶液中电荷守恒：2c（Ca²⁺）+c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）+c（OH^-），则c（H⁺）-c（OH^-）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）-2c（Ca²⁺）-c（NH₄⁺）-c（Na⁺）=（2×4×10^-6+3×10^-5+2×10^-6-2×2×10^-6-6×10^-6-2×10^-5）mol/L=1×10^-5mol/L，该溶液的pH=5，
故答案为：5；
（2）结合（1）可知，该空气的污染物溶于水，溶液的pH=5＜5.6，所以降雨后会形成酸雨，故答案为：形成酸雨；
（3）①该反应中的反应热=反应物的键能和-生成物的键能和=（946+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+184kJ/mol，所以N₂和O₂反应生成NO的热化学反应方程式为：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1；
②该反应为吸热反应，汽车启动后，气缸温度越高，平衡向着正向移动，则单位时间内生成NO的量越大，故其排放量越大，
故答案为：正反应为吸热反应，升高温度，平衡向着正向移动；
③将NO₂变成无害的N₂中，氮元素的化合价降低了，二氧化氮做氧化剂，需要加入还原剂，在下列四种物质：a．NH₃b．CO₂c．SO₂d．CH₃CH₂OH中，能被二氧化氮氧化具有还原性的物质有乙醇、二氧化硫和NH₃，而二氧化硫为大气污染物，所以只有ad正确，
故答案为：还原剂；ad；
（4）以ZrO₂为固体电解质（传递O^2-），总反应为：2NO+O₂=2NO₂，负极失去电子被氧化，则负极NO失去电子生成二氧化氮，电极反应式为：NO+O^2--2e^-=NO₂；若传感器检测的电子流量为1×10^-3mol/s，根据电子守恒，则每秒消耗的NO的物质的量为：$\frac{0.001mol}{2}$=5×10^-4mol，所以通过传感器的NO的流量为30g/mol×5×10^-4mol/s=0.015g/s=15mg/s，
故答案为：NO+O^2--2e^-=NO₂；15．

点评 本题考查了探究物质组成、测量物质含量的方法，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力，注意掌握原电池原理、热化学方程式的书写原则、影响化学平衡的因素等知识．