Question

10．研究PM2.5、SO₂、NO₂等大气污染物具有重要意义，请回答下列问题：
（1）PM2.5常吸附含有砷的化合物等有毒致癌物质，砷的元素符号为As，位于元素周期表第四周期第ⅤA族．
（2）将PM2.5样本用蒸馏水处理成待测液，测得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+	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

根据表中数据判断待浊溶液的pH=4．
（3）室温下，用Na₂SO₃溶液吸收SO₂的过程中，pH随n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）变化如下表：

N（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

由上表判断NaHSO₃溶液显酸性，用化学平衡原理解释：HSO₃^-存在：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的电离程度大于水解程度．
（4）已知：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定条件下，将NO和SO₂以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是b．
a．体系压强保持不变  b．混合气体颜色保持不变  c．SO₃和NO的体积保持不变 d．每消耗1molSO₃的同时生成1molNO₂．

Answer 1

分析 （1）根据元素周期表的结构以及元素在表中的位置来回答；
（2）根据溶液中电荷守恒C（K⁺）+C（NH₄⁺）+c（Na⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-）+c（OH^-）计算；
（3）根据溶液中HSO₃^-浓度和SO₃^2-浓度的相对大小确定溶液的酸碱性；
（4）利用盖斯定律计算反应热，得到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变．

解答 解：（1）As是第ⅤA的元素，在周期表中的第四周期，和N元素是同一主族，故答案为：As；四；ⅤA；
（2）溶液中遵循电荷守恒：c（K⁺）+c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）+c（OH^-），铵根离子水解，溶液显示酸性，氢氧根离子浓度可以忽略不计，即：3×10^-6+7×10^-6+3×10^-5+c（H⁺）=2×3×10^-5+5×10^-5+2×10^-5，解c（H⁺）=10^-4mol•L^-1，pH值为4，故答案为：4；
（3）在溶液中主要以HSO₃^-存在，HSO₃^-的电离很微弱，所以n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）＜1：1，根据表格知，当亚硫酸氢根离子的物质的量大于亚硫酸根离子的物质的量时，亚硫酸氢钠溶液呈酸性；亚硫酸氢钠溶液中存在HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的电离程度大于水解程度，所以亚硫酸根离子的物质的量大于亚硫酸氢根；
故答案为：酸；HSO₃^-存在：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的电离程度大于水解程度；
（4）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用盖斯定律将①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
△H=$\frac{1}{2}$×（-196.6kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，
a．无论是否达到平衡，体系压强都保持不变，不能用于判断是否达到平衡状态，故a错误；
b．混合气体颜色保持不变，说明浓度不变，达到平衡状态，故b正确；
c．SO₃和NO的计量数之比为1：1，无论是否达到平衡，二者的体积比保持不变，不能判断是否达到平衡状态，故c错误；
d．物质的量之比等于化学计量数之比，则每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO₂，不能判断是否达到平衡状态，故d错误．
故答案为：-41.8；b．

点评 本题综合考查化学平衡移动、盖斯定律以及弱电解质的电离和盐的水解等问题，侧重于学生综合运用化学知识的能力的考查，题目难度中等．