Question

20．霧霾天氣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．因此改善能源結(jié)構(gòu)、機動車限號等措施能有效減少PM2.5、SO₂、NO_x等污染．
請回答下列問題：
（1）將一定量的某利M2.5樣品用蒸餾水溶解制成待測試樣（忽略O(shè)H-）．常溫下測得該訓試樣的組成及其濃度如表一：根據(jù)表一中數(shù)據(jù)判斷該試樣的pH=4．
表一：

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

（2）汽車尾氣中NOx和CO的生成：①已知汽缸中生成NO的反應為：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．混合氣體的壓強不再變化
C．N₂、O2、NO的物質(zhì)的量之比為1：1：2D．氧氣的轉(zhuǎn)化率不再變化
（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）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8KJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5KJ•mol^-1
寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1．
②洗滌含SO₂的煙氣．下列可作為洗滌含SO₂的煙氣的洗滌劑的是AB．
A．濃氨水   B．碳酸氫鈉飽和溶液  C．FeCl₂飽和溶液   D．酸性CaCl₂飽和溶液
（4）汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題．某研究性小組在實驗室以Ag-ZSM-5為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示．若不使用CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為NO的分解反應是放熱反應，升溫有利于反應逆向進行，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，為更好的除去NO_x物質(zhì)，應控制的最佳溫度在870K左右．
（5）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”．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）如表二：
表二：

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寫出NO與活性炭反應的化學方程式C+2NO?N₂+CO₂，②若T₁＜T₂，則該反應的△H＜O （填”＞”、“＜”或“=”）．
③上述反應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）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣．則該試樣中除了水溶性無機離子外，還一定含H⁺和OH^-，根據(jù)溶液中電荷守恒來列式，并結(jié)合水的離子積來計算；（2）根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，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，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（3）①已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.8kJ•mol^-1，②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1，利用蓋斯定律，將②-①可得焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式；
②二氧化硫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；
（4）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；
（5）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，反應中C被氧化，
①結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂；
②若T₁＜T₂，溫度升高NO濃度增大，平衡逆向進行；
③反應C+2NO?N₂+CO₂是一個氣體體積不變的反應，而反應物只有一種，故加入NO氣體，建立的平衡和原平衡為等效平衡．

解答 解：（1）溶將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣．則該試樣中除了水溶性無機離子外，還一定含H⁺和OH^-．
根據(jù)溶液中電荷守恒可知：C（K⁺）+C（NH₄⁺）+c（Na⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-）+c（OH^-）①，
而溶液含滿足水的離子積K_W=c（H⁺）•c（OH^-）=10^-14②，
聯(lián)立①②可解得C（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，則pH值為4，
故答案為：4；
（2）N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0恒溫，恒容密閉容器中，
A．反應前后氣體質(zhì)量不變，體積不變，混合氣體的密度始終不變化，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．反應前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量不變，混合氣體的壓強始終不變化，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．N₂、O₂、NO的物質(zhì)的量之比為1：1：2 不能說明正逆反應速率相同，故C錯誤；
D．氧氣的轉(zhuǎn)化率不再變化，說明正逆反應速率相等，反應達平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；
（3）①已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（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=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1；
②A．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濃氨水反應，可以用濃氨水吸收二氧化硫，故A正確；
B．二氧化硫水溶液是亞硫酸所以也能夠與碳酸氫鈉飽和溶液反應，生成二氧化碳氣體，可以用碳酸氫鈉溶液做洗滌劑，故B正確；
C．二氧化硫?qū)�應的酸是亞硫酸，酸性比鹽酸酸性弱，所以二氧化硫與氯化亞鐵不反應，故C錯誤；
D．二氧化硫與氯化鈣溶液不反應，不能用氯化鈣溶液吸收二氧化硫，故D錯誤；
故選：AB；
（4）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；
由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870K時，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率接近為100%；
故答案為：NO的分解反應是放熱反應，升溫有利于反應逆向進行；870；
（5）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，反應中C被氧化，
①結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂，且該反應為可逆反應，反應方程式為C+2NO?N₂+CO₂，
故答案為：C+2NO?N₂+CO₂；
②T₁＜T₂，圖表中NO隨溫度升高增大，說明升溫平衡逆向進行，正反應為放熱反應，該反應△H＜0，
故答案為：＜；
③反應C+2NO?N₂+CO₂是一個氣體體積不變的反應，而反應物只有一種，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原理的基礎(chǔ)知識，涉及電荷守恒、pH值的計算、化學反應方程式的書寫、轉(zhuǎn)化率的計算，平衡的移動等，題目難度中等，注意相關(guān)知識的積累．