Question

13．大气中PM2.5、NO_x、SO₂、CO₂、CH₄等含量是衡量空气质量优劣的重要指标，对其研究和综合治理具有重要意义．
（1）将PM2.5样本用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下表：

离子	K+	Na+	NH${\;}_{4}^{+}$	SO${\;}_{4}^{2-}$	NO3	Cl-
浓度/mol•L-l	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根据表中数据计算PM2.5试样的pH=4．
（2）NOx是汽车尾气的主要污染物之一．
①汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如图：

则N₂（g）和O₂（g）反应生成NO（g）的热化学反应方程式为N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1；
②用碱液吸收氮的氧化物是目前研究的课题，将NO、NO₂通入石灰乳中可制备重要的工业原料Ca（NO₂）₂．该工艺需控制NO和NO₂物质的量之比接近1：1．若n（NO₂）：n（NO）＞1：1，则会导致产品Ca（NO₂）₂中Ca（NO₃）₂含量升高；若n（NO₂）：n（NO）＜1：1，则会导致排放气体中NO含量升高．
（3）燃煤烟气中的CO、SO₂在铝矾土作催化剂、773K条件下反应生成CO₂和硫蒸气，该反应可用于从烟道气中回收硫．反应体系中各组分的物质的量与反应时间的关系如图2所示，写出该反应的化学方程式4CO+2SO₂=4CO₂+S₂．
（4）科学家用氮化镓材料与铜组装如图3所示的人工光合系统．利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄．写出铜电极表面的电极反应式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
（5）天然气也可重整生产化工原料．最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X．由质谱分析得X的相对分子质量为106，其核磁共振氢谱如图4，则X的结构简式为．

Answer 1

分析 （1）根据溶液中电荷守恒计算；
（2）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若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，则一氧化氮过量，若＜1：1，则二氧化氮过量；
（3）根据图象知，反应物的物质的量变化量一个为（4-1）mol=3mol、一个为（2-0.5）mol=1.5mol，生成物的物质的量变化量一个为（3-0）mol=3mol、一个为（0.75-0）mol=0.75mol，则反应物、生成物的物质的量变化量之比等于其计量数之比=3mol：1.5mol：3mol：0.75mol=4：2：4：1，根据C原子守恒知，计量数是4的为CO、CO₂，二氧化硫的计量数是2，硫单质的计量数是1，则生成的硫单质为S₂，根据反应物、生成物书写方程式；
（4）由电池装置图可知，Cu上二氧化碳得电子生成甲烷；
（5）芳香烃X的相对分子质量为l06，设其分子式为C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10，可知分子式为C₈H₁₀，分子中含有一个苯环，为苯的同系物，核磁共振氢谱中有2个峰，可知分子中含有2种环境的H，应含有2个甲基且处于对位位置．

解答 解：（1）溶液电荷守恒：C（K⁺）+C（NH₄⁺）+c（Na⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-）+c（OH^-）和K_W，得C（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，pH值为4，
故答案为：4；
（2）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若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，则二氧化氮过量，二氧化氮可与石灰乳反应生成Ca（NO₃）₂，若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，则一氧化氮过量，排放气体中NO含量升高；
故答案为：产品Ca（NO₂）₂中Ca（NO₃）₂含量升高；排放气体中NO含量升高；
（3）根据图象知，反应物的物质的量变化量一个为（4-1）mol=3mol、一个为（2-0.5）mol=1.5mol，生成物的物质的量变化量一个为（3-0）mol=3mol、一个为（0.75-0）mol=0.75mol，则反应物、生成物的物质的量变化量之比等于其计量数之比=3mol：1.5mol：3mol：0.75mol=4：2：4：1，根据C原子守恒知，计量数是4的为CO、CO₂，二氧化硫的计量数是2，硫单质的计量数是1，则生成的硫单质为S₂，所以反应方程式为4CO+2SO₂=4CO₂+S₂，故答案为：4CO+2SO₂=4CO₂+S₂；
（4）由电池装置图可知，Cu上二氧化碳得电子生成甲烷，则Cu电极上的电极反应为：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；故答案为：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
（5）芳香烃X的相对分子质量为l06，设其分子式为C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10，可知分子式为C₈H₁₀，分子中含有一个苯环，为苯的同系物，核磁共振氢谱中有2个峰，可知分子中含有2种环境的H，应含有2个甲基且处于对位位置，则X的结构简式为，
故答案为：．

点评 本题考查了电解质溶液中的电荷守恒、反应热=反应物的键能和-生成物的键能和、原电池原理、氧化还原反应、化学方程式计算、化学反应原理在工艺流程、有机物结构的确定的应用，氧化还原反应分析等知识，题目难度不大．