Question

【題目】某市對大氣進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5μm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、NOx等進(jìn)行研究具有重要意義。

(1)對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(xué)組分及其平均濃度如表：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度/molL-1	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PM2.5的酸堿性為_______，試樣的pH=_______。

(2)為減少SO2的排放，常采取的措施是將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料。已知：

H2(g)+O2(g)=H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO(g)ΔH=-110.5kJ·mol-1

則C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。

(3)汽車尾氣中NOx和CO的生成及轉(zhuǎn)化為：

①已知氣缸中生成NO的反應(yīng)為：N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH＞0，若1mol空氣含有0.8molN2和0.2molO2，1300℃時在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡。測得NO為8×10-4mol，計算該溫度下的平衡常數(shù)K=_______。汽車啟動后，氣缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是________。

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ΔH＞0，簡述該設(shè)想能否實現(xiàn)的依據(jù)：_________。

Answer 1

【答案】酸性 4 +131.3 4×10-6 溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動 熵減焓增的反應(yīng)，任何溫度下不能自發(fā)進(jìn)行

【解析】

(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；

(2)利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱；

(3)①計算出平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度，結(jié)合平衡常數(shù)的表達(dá)式計算；依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動原理分析判斷；

②根據(jù)反應(yīng)的自由能公式進(jìn)行判斷。

(1)觀察表格中發(fā)現(xiàn)NH4+水解顯酸性，則PM2.5的酸堿性為酸性溶液。試樣的pH值根據(jù)溶液中電荷守恒可得c(K+)+c(Na+)+c(NH4+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(NO3-)+c(Cl-)，將表格數(shù)據(jù)代入該式子，可得4×10-6+6×10-6+2×10-5+c(H+)=2×4×10-5+3×10-5+2×10-5，解得c(H+)=10-4mol/L，所以該溶液的pH=4；

(2)①已知：①H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H=-241.81kJmol-1

②C(s)+O2(g)=CO(g)ΔH=-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.3kJmol-1；

(3)①已知氣缸中生成NO的反應(yīng)為：N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH＞0，若氣缸中進(jìn)入1mol空氣(1mol空氣含有0.8mol N2和0.2molO2)，1300℃時在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡，測得NO為8×10-4mol，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相同，計算平衡常數(shù)時可以用物質(zhì)的量代替平衡濃度計算，先計算物質(zhì)的平衡量，n(N)2=0.8mol-4×10-4mol，n(O2)=0.2mol-4×10-4 mol，帶入平衡常數(shù)表達(dá)式即可，得K==4×10-6；氣缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，化學(xué)平衡向吸熱的正反應(yīng)方向移動，產(chǎn)生更多的NO氣體；

②2CO(g)=2C(s)+O2(g)，已知該反應(yīng)的ΔH＞0，根據(jù)方程式可知：該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，ΔS＜0，則體系的自由能ΔG=ΔH-TΔS＞0。所以該反應(yīng)是熵減、焓增的反應(yīng)，在任何溫度下不能自發(fā)進(jìn)行。