Question

【題目】霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)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(lái)源為燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣等。因此，對(duì)PM2.5、SO2、NOx等進(jìn)行研究具有重要意義。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測(cè)試樣。

若測(cè)得該試樣所含水溶性無(wú)機(jī)離子的化學(xué)組分及其平均濃度如下表：

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=_________。

（2）汽車(chē)尾氣中NOx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(shuō)法中能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____

A.混合氣體的密度不再變化 B.混合氣體的平均分子量不再變化

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(chē)燃油不完全燃燒時(shí)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(shí)現(xiàn)______________（填“能”或“不能”）

（3）為減少SO2的排放，常采取的措施有：

①將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料。已知：

H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1

C(s)+1/2O2(g) =CO(g)△H =-110.5kJ·mol-1

寫(xiě)出焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：___________________。

②洗滌含SO2的煙氣。

（4）汽車(chē)尾氣凈化的主要原理：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)；△H＜0，若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________（填序號(hào)）。（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?jǐn)?shù)）

車(chē)輛排放的氮氧化物、煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫是導(dǎo)致霧霾天氣的“罪魁禍?zhǔn)住敝�一�；钚蕴靠商幚泶髿馕廴疚颪O。在5L密閉容器中加入NO和活性炭（假設(shè)無(wú)雜質(zhì)）。一定條件下生成氣體E和F。當(dāng)溫度分別在T1℃和T2℃時(shí)，測(cè)得各物質(zhì)平衡時(shí)物質(zhì)的量（n/mol）如下表：

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）寫(xiě)出NO與活性炭反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________；

（2）計(jì)算上述反應(yīng)T1℃時(shí)的平衡常數(shù)K1=__________________；若T1＜T2，則該反應(yīng)的△H__________________0(填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）上述反應(yīng)T1℃時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡后再通入0.1molNO氣體，則達(dá)到新化學(xué)平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率為________；

【答案】 4 D 不能 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 BD C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g) 4 < 80%

【解析】（1）根據(jù)表格提供的離子可知，NH4＋ 水解導(dǎo)致試樣溶液呈酸性，再根據(jù)電荷守恒可知，c(K＋)+c(NH4＋ )+c(Na＋)+c(H＋)=2c(SO42-)+c(Cl－)+c(NO3-)，將表格中的數(shù)據(jù)代入得H+離子濃度為10-4，則PH值為4。

（2）①在恒容密閉容器中，混合氣體的質(zhì)量和體積始終不變，混合氣體的密度也始終不變，密度不能作為達(dá)到平衡狀態(tài)的判據(jù)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)是氣體體積不變的可逆反應(yīng)，根據(jù)M=質(zhì)量/n，則混合氣體的平均分子量始終不變，不能作為達(dá)到平衡的判據(jù)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；N2、O2、NO的物質(zhì)的量之比為1∶1∶2不能說(shuō)明反應(yīng)各物質(zhì)的濃度保持不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氧氣的百分含量不再變化，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D項(xiàng)正確；答案選D。

②化學(xué)反應(yīng)2CO(g)=2C(s)+O2(g)是一個(gè)熵減、吸熱的反應(yīng)，則△H-T△S>0，所以該設(shè)想不能實(shí)現(xiàn)。

（3）已知：①H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1、②C(s)+1/2O2(g) =CO(g) △H =-110.5kJ·mol-1，利用蓋斯定律，將②-①可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=（-110.51kJmol-1）-（-241.81kJmol-1）=+13l.3 kJmol-1，所以焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 。

（4）可逆反應(yīng)達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率不再變化，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該物質(zhì)的濃度在化學(xué)平衡時(shí)保持不變，所以K不再變化，B項(xiàng)正確；對(duì)于恒容容器而言，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再改變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；平衡時(shí)NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變，D項(xiàng)正確，答案選BD。

（5）①由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為0.040：0.080：0.040：0.040 =1：2：1：1，反應(yīng)中C被氧化，結(jié)合原子守恒可知，生成物為N2與CO2，且該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，則反應(yīng)方程式為C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)。

②從表中數(shù)據(jù)可知T1℃時(shí)的平衡濃度c(NO)=0.004mol/L，c(N2)=c(CO2)=0.008 mol/L，則T1℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1=（0.008×0.008）÷(0.004×0.004)=4從T1到T2，NO的濃度增大，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，若T1＜T2，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，則該反應(yīng)的正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，則△H < 0。

③在T1時(shí)，K=4，設(shè)NO的轉(zhuǎn)化率為x，根據(jù)三段式解答：

C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)

起始濃度 0.04 0 0

變化濃度 0.04x 0.02x 0.02x

平衡濃度 0.04-0.04x 0.02x 0.02x

K=[0.02x×0.02x]÷[(0.04-0.04x)×(0.04-0.04x)=4，解得x=0.8，即達(dá)到新的平衡時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率為80%。

【題型】填空題
【結(jié)束】
10

【題目】鈦被稱(chēng)為“二十一世紀(jì)金屬”，工業(yè)上用鈦鐵礦制備金屬鈦的工藝流程如下：

已知：鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應(yīng)的主要產(chǎn)物是TiOSO4和FeSO4，TiOSO4遇水會(huì)水解。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）操作1用到的玻璃儀器除燒杯外還有_________；

（2）請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)解釋將TiO2+轉(zhuǎn)化為H2TiO3的原理_______________。

（3）已知鈦的還原性介于鋁與鋅之間。如果可從Na、Zn、Fe三種金屬中選一種金屬代替流程中的鎂，那么該金屬跟四氯化鈦反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________。

（4）電解TiO2來(lái)獲得Ti是以TiO2作陰極，石墨為陽(yáng)極，熔融CaO為電解質(zhì)，用碳?jí)K作電解槽，其陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式是___________________________________。

（5）為測(cè)定溶液中TiOSO4的含量，先取待測(cè)鈦液10 mL用水稀釋至100 mL，加過(guò)量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應(yīng)：3TiO2+ +Al+6H+=3Ti3++Al3++3H2O。過(guò)濾后，取無(wú)色濾液20.00 mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液作指示劑，用______________________（填一種玻璃儀器的名稱(chēng)）滴加0.1000mol·L-1 FeCl3溶液，發(fā)生Ti3++Fe3+=Ti4++Fe2+。滴定終點(diǎn)時(shí)的現(xiàn)象是___________________________________，若用去了30.00mL FeC13溶液，待測(cè)鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量濃度是______________mol/L。

Answer 1

【答案】 漏斗、玻璃棒 溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當(dāng)加入水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng) TiCl4+4Na Ti+4NaCl TiO2 + 4e- ＝ Ti + 2O2- 酸式滴定管 溶液由無(wú)色變成紅色且半分鐘不褪色 1.50 mol/L

【解析】鈦鐵礦用濃硫酸溶解，濃硫酸具有酸性，強(qiáng)氧化性，反應(yīng)的主要產(chǎn)物是TiOSO4和FeSO4，還可能有少量Fe2(SO4)3；向所得溶液中加入大量水稀釋后，加入過(guò)量鐵粉還原Fe3+，過(guò)濾得到濾液中只含有TiOSO4和FeSO4；TiOSO4水解過(guò)濾后得到H2TiO3，H2TiO3加熱灼燒得到TiO2，加入Cl2、過(guò)量碳高溫反應(yīng)生成TiCl4，TiCl4和Mg高溫反應(yīng)得到MgCl2和Ti。

（1）操作1為過(guò)濾，所需玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，故還缺少的儀器為：漏斗和玻璃棒；故答案為：漏斗、玻璃棒；

（2）TiOSO4遇水會(huì)水解，水解方程式為TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，水解是吸熱過(guò)程，加熱能促進(jìn)水解；加水稀釋?zhuān)�促進(jìn)水解。

故答案為：溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當(dāng)加入水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)；

（3）在流程中，金屬鎂置換出鈦單質(zhì)，反應(yīng)方程式為：TiCl4+2MgTi+2MgCl2。鈦的還原性介于鋁與鋅之間，即還原性：Al＞Ti＞Zn，又因?yàn)檫�原性Na＞Al＞Zn＞Fe，則Na＞Al＞Ti＞Zn＞Fe，故Na、Zn、Fe三種金屬中只能選擇金屬Na代替鎂。反應(yīng)方程式為：TiCl4+4Na

Ti+4NaCl。

故答案為：TiCl4+4NaTi+4NaCl；

（4）根據(jù)題意可知，TiO2作陰極，得電子，被還原得到單質(zhì)Ti，則陰極電極反應(yīng)式為：TiO2+4e-=Ti+2O2-。故答案為：TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（5）FeC13有強(qiáng)的氧化性，腐蝕橡膠，且其溶液呈酸性，所以選擇酸式滴定管。用KSCN溶液作指示劑，TiO2+反應(yīng)完之前溶液為無(wú)色。當(dāng)反應(yīng)完，再滴入1滴FeC13溶液，溶液立即變紅色，且半分鐘后溶液顏色不褪色，到達(dá)滴定終點(diǎn)，停止滴定。

滴定過(guò)程中消耗n(FeC13)=0.1mol/L×0.03L=0.003mol。根據(jù)反應(yīng)方程式可得出TiOSO4與Fe3+的關(guān)系式：TiOSO4～Ti3+～Fe3+，即滴定過(guò)程中n(FeC13)= n(TiOSO4)= 0.003mol。原待測(cè)液為10mL，稀釋至100mL后，取2omL溶液進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)。所以原10mL待測(cè)液中含n(TiOSO4)= 0.003mol×=0.015mol，c(TiOSO4)= =1.5 molL-1。

故答案為：酸式滴定管；溶液由無(wú)色變成紅色且半分鐘不褪色 ；1.5 molL-1．