Question

1．霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，嚴重影響人們的生活和健康．其中首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5，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	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷試樣的pH=4．
（2）汽車尾氣中NO_x和CO的生成：
①已知汽缸中生成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0恒溫，恒容密閉容器中，下列說法中能說明該反應(yīng)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．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化
C．N₂、O₂、NO的物質(zhì)的量之比為1：1：2     D．氧氣的百分含量不再變化
②汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO，2CO（g）=2C（s）+O₂（g），已知該反應(yīng)的△H＞0，則該設(shè)想能否實現(xiàn)不能（填“能”或“不能”）
（3）汽車尾氣凈化的主要原理：2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）；△H＜0，若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是BD（填序號）．（如圖中v_正、K、n、w分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量、質(zhì)量分數(shù)）

（4）車輛排放的氮氧化物、煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫是導致霧霾天氣的“罪魁禍首”之一．活性炭可處理大氣污染物NO．在5L密閉容器中加入NO和活性炭（假設(shè)無雜質(zhì)）．一定條件下生成氣體E和F．當溫度分別在T₁℃和T₂℃時，測得各物質(zhì)平衡時物質(zhì)的量（n/mol）如表：

物質(zhì) 溫度/℃	活性炭	NO	E	F
初始	3.000	0.10	0	0
T1	2.960	0.020	0.040	0.040
T2	2.975	0.050	0.025	0.025

①計算上述反應(yīng)T₁℃時的平衡常數(shù)K₁=4；
②若T₁＜T₂，則該反應(yīng)的△H_＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
③上述反應(yīng)T₁℃時達到化學平衡后再通入0.1molNO氣體，則達到新化學平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為80%．

Answer 1

分析 （1）先根據(jù)溶液中電荷守恒計算氫離子的濃度，然后求出pH；
（2）①根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)；
②依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進行的條件是△H-T△S＜0分析判斷；
（3）A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數(shù)的影響；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D、到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（4）由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為（3.000-2.960）：（0.10-0.020）：0.040：0.040=1：2：1：1，反應(yīng)中C被氧化，結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂；
①計算各氣體的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算；
②若T₁＜T₂，溫度升高NO濃度增大，平衡逆向進行；
③反應(yīng)C+2NO?N₂+CO₂是一個氣體體積不變的反應(yīng)，而反應(yīng)物只有一種，故加入NO氣體，建立的平衡和原平衡為等效平衡．

解答 解：（1）觀察表格中發(fā)現(xiàn)NH₄⁺水解顯酸性，PM2.5的酸堿性為酸性；試樣的pH值根據(jù)溶液中電荷守恒：c（H⁺）+c（K⁺）+c（Na⁺）+c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）計算H⁺離子濃度為10^-4，該樣本的pH=4，
故答案為：4；
（2）①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0恒溫，恒容密閉容器中，
A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，體積不變，混合氣體的密度始終不變化，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；                  
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量始終不變化，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．N₂、O₂、NO的物質(zhì)的量之比為1：1：2 不能說明正逆反應(yīng)速率相同，故C錯誤；
D．氧氣的百分含量不再變化是平衡標志，故D正確；
故答案為：D；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）已知該反應(yīng)的△H＞0，反應(yīng)是焓變增大，熵變減小的反應(yīng)，△H＞0，△S＜0，則△H-T△S＞0，反應(yīng)任何溫度下都不能自發(fā)進行；
故答案為：不能；
（3）A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故A錯誤；
B、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進行溫度升高，化學平衡常數(shù)減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，故B正確；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D、NO的質(zhì)量分數(shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：BD；
（4）由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為（3.000-2.960）：（0.10-0.020）：0.040：0.040=1：2：1：1，反應(yīng)中C被氧化，結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂，且該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)方程式為C+2NO?N₂+CO₂，
①平衡時c（NO）=$\frac{0.020mol/L}{2l}$=0.010mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=$\frac{0.04mol}{2L}$=0.020mol/L，故T₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₁=$\frac{0.020×0.020}{0.01{0}^{2}}$=4，
故答案為：4； 
②T₁＜T₂，圖表中NO隨溫度升高增大，說明升溫平衡逆向進行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，該反應(yīng)△H＜0，
故答案為：＜；
③反應(yīng)C+2NO?N₂+CO₂是一個氣體體積不變的反應(yīng)，而反應(yīng)物只有一種，故加入NO氣體，建立的平衡和原平衡為等效平衡，原平衡中NO轉(zhuǎn)化率為 $\frac{0.10-0.020}{0.10}$×100%=80%，則達到新平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為80%，
故答案為：80%．

點評 該題綜合考查化學反應(yīng)原理的基礎(chǔ)知識，涉及離子的水解、pH值的計算、化學平衡常數(shù)的計算、自由能的應(yīng)用等，題目難度中等，注意相關(guān)知識的積累．