Question

3．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PM_2.5（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PM_2.5、SO₂、NO_x等進行研究具有重要意義．請回答下列問題：
（1）對PM_2.5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)判斷PM_2.5的酸堿性為酸性，試樣的pH值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：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol
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=+131.3KJ/mol；
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；汽車啟動后，氣缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是因為該反應為吸熱反應，溫度越高，反應速率加快，平衡右移．
②汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)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，任何溫度下均不自發(fā)進行．
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）表格中的NH₄⁺水解顯酸性，PM2.5的酸堿性為酸性．試樣的pH值根據(jù)溶液中電荷守恒和水的離子積常數(shù)計算；
（2）①已知：ⅠH₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
ⅡC（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol
利用蓋斯定律計算反應熱，將Ⅱ-Ⅰ可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；
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）NH₄⁺水解顯酸性，PM2.5的酸堿性為酸性；根據(jù)電荷守恒有：c（K⁺）+c（H⁺）+c（Na⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-）+2 c（NO₃^-）+cCl^-），而c（OH^-）•c（H⁺）=10^-14，代入計算可得：c（OH^-）=10^-10mol/L，c（H⁺）=10^-4 mol/L，則PH=4；
故答案為：酸性；4；
（2）①已知：ⅠH₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
ⅡC（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol
利用蓋斯定律計算反應熱，將Ⅱ-Ⅰ可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）H=+131.3KJ/mol；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）H=+131.3KJ/mol；
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；
故答案為：ab；
（3）①令容器體積為1L，列三段式：
            N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
c始：0.8              0.2
c轉：4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
c平：0.8-4×10^-4   0.2-4×10^-4 8×10^-4
代入K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）•c（{O}_{2}）}$≈4×10^-6；這是個吸熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡向正方向移動，單位時間內產(chǎn)生的NO多；
故答案為：4×10^-6；因為該反應為吸熱反應，溫度越高，反應速率加快，平衡右移；
②該反應是個氣體體積減小的反應，△S＜0，又△H＞0，由△G=△H-T△S，任何溫度下均不自發(fā)進行；
故答案為：該反應是焓增，熵減的反應，任何溫度下均不自發(fā)進行；
③產(chǎn)物為N₂和CO₂才無污染：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂；
故答案為：2CO+2N$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

點評 本題考查了pH值的計算、蓋斯定律求反應熱、化學平衡常數(shù)的計算、反應進行方向的判斷，題目綜合性非常強，涉及知識點多，難度中等，同時又結合了環(huán)境的污染和治理，題目又比較新穎，是高考的熱門話題，解題時應該結合相應的知識，認真解答．