Question

19．某市對大氣進行監(jiān)測，發(fā)現該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5um的懸浮顆粒物）其主要來源為燃煤、機動車尾氣等．因此，對PM2.5、SO₂、NO_x等進行研究具有重要意義．
請回答下列問題：
（1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣．若測得該試樣所含水溶性無機離子的化學組分及其平均濃度如表：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度/mol•L-1	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根據表中數據判斷試樣的pH約為4．
（2）為減少SO₂的排放，常采取的措施有：
①將煤轉化為清潔氣體燃料．已知：
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
則C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3 kJ•mol^-1．
②洗滌含SO₂的煙氣．以下物質可作洗滌劑的是AB．
A．Ca（OH）₂   B．Na₂CO₃  C．CaCl₂D．NaHSO₃
（3）汽車尾氣中有NO_x和CO的生成：
①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0
�。�若1L空氣含0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時在密閉容器內反應達到平衡，測得NO為8×10^-4mol．計算該溫度下的平衡常數K=4×10^-6．
ⅱ．恒容密閉容器中，下列說法中能說明該反應達到化學平衡狀態(tài)的是D
A混合氣體的密度不再變化
B混合氣體的平均分子量不在變化
C N₂、O₂、NO的物質的量之比為1：1：2
D氧氣的百分含量不在變化
ⅲ．若升高溫度，則平衡正向（填“正向”或“逆向”或“不”下同）移動，逆反應速率變大（填“變大”或“變小”或“不變”）．
②汽車燃油不完全燃燒時產生CO，有人設想按下列反應除去CO，2CO（g）=2C（s）+O₂（g）．已知該反應的△H＞0，則該設想能否實現不能（填“能”或“不能”）？
（4）綜上所述，你對該市下一步的環(huán)境建設提出的建議是燃煤脫硫；煤氣化、液化后再燃燒；冬季供暖燒煤變成燒氣；汽車尾氣安裝催化轉換器．

Answer 1

分析 （1）根據電荷守恒判斷溶液酸堿性，利用電荷守恒計算溶液中H⁺離子濃度，若為堿性，忽略氫離子，若為酸性，忽略氫氧根離子，再根據pH=-lgc（H⁺）計算；
（2）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
Ⅱ．2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，（Ⅱ-Ⅰ）÷2可得：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）；
②SO₂是酸性氧化物，能與堿反應，亞硫酸酸性比碳酸強，比鹽酸弱，二氧化硫能與碳酸鈉溶液反應，不能與氯化鈣溶液反應，SO₂與NaHSO₃溶液不反應；
（3）①i．反應開始時，n（N₂）=0.8mol，n（O₂）=0.2mol，n（NO）=0；當反應達到平衡時，n（N₂）=（0.8-4×10^-4）mol，n（O₂）=（0.2-4×10^-4）mol，n（NO）=8×10^-4mol，反應前后氣體的體積不變，可以用物質的量代替濃度代入K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$計算平衡常數；
ii．逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
iii．升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，正逆反應速率都增大；
②應2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0是個體系混亂程度減小的吸熱反應，若體系的△G=△H-T•△S＜0，反應可以實現，否則不能實現；
（4）應減少二氧化硫、氮的氧化物等排放．

解答 解：（1）由電荷守恒可知，c（K⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-）+2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-），則c（H⁺）-c（OH^-）=（2×10^-5 +2×4×10^-5 +3×10^-5-4×10^-6-6×10^-6-2×10^-5 ）mol/L=10^-4mol/L，溶液呈酸性，溶液中H⁺離子濃度約是為10^-4，pH值=-lgc（H⁺）=4，
故答案為：4；
（2）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
Ⅱ．2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，（Ⅱ-Ⅰ）÷2可得：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g），
則△H=[-221.0kJ•mol^-1-（-483.6kJ•mol^-1）]÷2=+131.3kJ•mol^-1，
故答案為：+131.3；
②A．可以發(fā)生反應：Ca（OH）₂+SO₂=CaSO₃↓+H₂O，故A正確；
B．可以發(fā)生反應：Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂，故B正確；
C．CaCl₂與SO₂不反應，不能作吸收劑，故C錯誤；
D．NaHSO₃與SO₂不反應，不能作吸收劑，故D錯誤，
故答案為：AB；
（3）①i．在反應開始時，n（N₂）=0.8mol；n（O₂）=0.2mol，n（NO）=0；當反應達到平衡時，n（N₂）=（0.8-4×10^-4）mol，n（O₂）=（0.2-4×10^-4）mol，n（NO）=8×10^-4mol，反應前后氣體的體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，則該溫度下的平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6，
故答案為：4×10^-6；
ii．A．混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度為定值，故A錯誤；
B．混合氣體總質量不變，混合氣體總物質的量不變，混合氣體的平均分子量為定值，故B錯誤；
C． 平衡時各組分物質的量關系，與起始物質的量及轉化率有關，不一定等于化學計量數之比，故C錯誤；
D．氧氣的百分含量不在變化，說明反應到達平衡，
故選：D；
ⅲ．正反應為吸熱反應，若升高溫度，則平衡正向，逆反應速率變大，
故答案為：正向；變大；
②由于反應2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0是個體系混亂程度減小的吸熱反應，△H＞0，△S＜0，故體系的△G=△H-T•△S＞0，所以該設想不能實現，
故答案為：不能；
（4）應減少二氧化硫、氮的氧化物等排放，可以：燃煤脫硫；煤氣化、液化后再燃燒；冬季供暖燒煤變成燒氣；汽車尾氣安裝催化轉換器，
故答案為：燃煤脫硫；煤氣化、液化后再燃燒；冬季供暖燒煤變成燒氣；汽車尾氣安裝催化轉換器．

點評 本題考查pH計算、蓋斯定律應用、SO₂的尾氣處理、平衡常數計算及反應自發(fā)性判斷等，注意對平衡常數的理解，綜合考查學生應用知識分析解決問題的能力，題目難度中等．