Question

7．某市對大氣進行監(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2.5um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、NOx等進行研究具有重要意義．請回答下列問題：
（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離子的化學組分及其平均濃度如下表：

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(jù)表中數(shù)據(jù)計算試樣的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）K₁　   　
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）K₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）  K=$\sqrt{\frac{K{\;}_{2}}{{K}_{1}}}$（用含K₁、K₂的式子表示）
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．CaCl₂　　　　　　　D．NaHSO₃
（3）汽車尾氣中NO_x和CO的生成及轉化為：
①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若1mol空氣含有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(shù)K=4×10^-6．
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，簡述該設想能否實現(xiàn)的依據(jù)：該反應是焓增、熵減的反應．根據(jù)△G=△H-T△S，△G＞0，不能實現(xiàn)．
③目前，在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉化器可減少CO和NO的污染，其化學反應方程式為2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電荷守恒得：[H⁺]+[K⁺]+[Na⁺]+[NH₄⁺]=2[SO₄^2-]+[NO₃^-]+[Cl^-]，計算H⁺離子濃度，進而確定pH值；
（2）①根據(jù)反應2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）K₁=$\frac{{c}^{2}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（{O}_{2）}}$，2C（s）+O₂（g）═2CO（g）K₂=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（O{\;}_{2}）}$，C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）K=$\frac{c（CO）c（H{\;}_{2}）}{c（H{\;}_{2}O）}$，由此確定K的值；
②依據(jù)二氧化硫的性質：是一種酸性氧化物可以和堿反應，二氧化硫溶于水得亞硫酸，酸性強于碳酸，所以可以和碳酸鈉溶液反應；
（3）①計算出平衡時各種物質的物質的量，結合平衡常數(shù)的表達式計算，依據(jù)化學反應速率和平衡移動原理分析判斷；
②根據(jù)G=△H-T•△S判斷反應能否自發(fā)進行；
③CO和NO催化氧化生成氮氣和二氧化碳；

解答 解：（1）根據(jù)電荷守恒得：[H⁺]+[K⁺]+[Na⁺]+[NH₄⁺]=2[SO₄^2-]+[NO₃^-]+[Cl^-]，將表中數(shù)據(jù)帶入得：[H⁺]=10^-4，pH=-lg[H⁺]=4，
故答案為：4；
（2）①根據(jù)反應2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）K₁=$\frac{{c}^{2}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（{O}_{2）}}$，2C（s）+O₂（g）═2CO（g）K₂=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（O{\;}_{2}）}$，C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）K=$\frac{c（CO）c（H{\;}_{2}）}{c（H{\;}_{2}O）}$=$\sqrt{\frac{K{\;}_{2}}{{K}_{1}}}$，
故答案為：$\sqrt{\frac{K{\;}_{2}}{{K}_{1}}}$；
②二氧化硫是酸性氧化物所以具有酸性氧化物的通性能夠與堿反應：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O，二氧化硫水溶液是亞硫酸所以也能夠與碳酸鈉反應：SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂↑所以可以用氫氧化鈣溶液和碳酸鈉溶液做洗滌劑，二氧化硫與氯化鈣溶液不反應，且在亞硫酸氫鈉溶液中的溶解度很小，所以不能用氯化鈣和亞硫酸氫鈉溶液做洗滌液，故選：AB；
（3）①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若氣缸中進入1mol空氣（1mol空氣含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃時在密閉容器內反應達到平衡．測得NO為8×10^-4mol，反應前后氣體物質的量相同，計算平衡常數(shù)時可以用物質的量代替平衡濃度計算，先計算物質的平衡量，N₂為0.8mol-4×10^-4 mol，O₂為0.2mol-4×10^-4 mol，帶入平衡常數(shù)表達式即可，書寫計算得K=$\frac{c{\;}^{2}（NO）}{c（N{\;}_{2}）c（O{\;}_{2}）}$=$\frac{（8×10{\;}^{-4}mol）{\;}^{2}}{（0.8-4×10{\;}^{-4}）mol×（0.2-4×10{\;}^{-4}）mol}$=4×10^-6，
故答案為：4×10^-6；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g），該反應是焓增、熵減的反應．根據(jù)G=△H-T•△S，G＞0，不能實現(xiàn)；
故答案為：該反應是焓增、熵減的反應．根據(jù)△G=△H-T△S，△G＞0，不能實現(xiàn)；
③CO和NO催化氧化生成氮氣和二氧化碳，反應的化學方程式為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂；

點評 本題綜合考查化學反應原理的基礎知識，涉及離子的水解、PH值的計算、蓋斯定律的應用、化學平衡常數(shù)的計算、自由能的應用等，題目難度中等，注意相關知識的積累．