Question

霧霾天氣嚴重影響了人們的生活質(zhì)量，其中氮氧化物和硫氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．
Ⅰ．將PM_2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣．
若測得該樣本所含水溶性無機離子的化學組分及其濃度如下表：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度/mol?L-1	3×10-6	7×10-6	2×10-5	3×10-5	5×10-5	2×10-5

根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷該試樣的pH=

 

（1）方法一：工業(yè)上變“廢”為寶，吸收工業(yè)尾氣SO₂和NO，可獲得Na₂S₂O₄（連二亞硫酸鈉）和NH₄NO₃ 產(chǎn)品的流程圖如圖1（Ce為鈰元素）：
①裝置Ⅰ中的主要反應的離子方程式為

 

；
②裝置Ⅲ可以使Ce⁴⁺中再生，若用甲烷燃燒電池電解該裝置中的溶液，當消耗1mol甲烷時，理論上可再生

 

molCe⁴⁺．
方法二：NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術(shù)是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．反應原理如圖2所示：
①圖3是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氫率，由圖綜合考慮可知最佳的催化劑和相應的溫度分別為

 

（填序號）
a．Mn，200℃左右、b．Cr，450℃左右、c．Mn和Cr，300℃左右．
②用Fe做催化劑時，在氨氣足量的情況下，不同

c(NO2)

c(NO)

=1：1脫氫效果最佳．已知生成11.2L N₂（標）反應放出的熱量為QkJ，此時對應的脫氫反應的熱化學方程式為

 

．

Answer 1

考點：pH的簡單計算,制備實驗方案的設計

專題：

分析：Ⅰ、依據(jù)電荷守恒，計算溶液中含有的是氫離子還是氫氧根，然后計算pH值即可；
Ⅱ、（1）①二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿之間發(fā)生反應；
②1molCe³⁺再生轉(zhuǎn)化為Ce⁴⁺，提供電子為1mol，1mol甲烷完全燃燒，轉(zhuǎn)移電子為mol，據(jù)此解答即可；
（2）①溫度越高，對設備的要求越高，所以如果催化劑在較低溫度下能較大程度的脫氫即可；根據(jù)縱坐標判斷，相同溫度下，脫氫率越高的效果越好；生成1mol氮氣放出QkJ熱量，則生成2mol氮氣放出2QkJ熱量．

解答： 解：Ⅰ、溶液中遵循電荷守恒：c（K⁺）+c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）+c（OH^-）和K_W，即：3×10^-6+7×10^-6+3×10^-5+c（H⁺）=2×3×10^-5+5×10^-5+2×10^-5，解c（H⁺）=10^-4mol?L^-1，pH值為4，故答案為：4；
Ⅱ、（1）①二氧化硫是酸性氧化物，能和強堿氫氧化鈉之間發(fā)生反應：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氫氧化鈉之間不會反應，故答案為：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
②甲烷燃料電池中，在堿性溶液中，甲烷燃料電池的負極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故每有1mol甲烷反應，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8mol，每生成1molCe⁴⁺，提供電子為1mol，故答案為：8；
（2）①根據(jù)圖象知，脫氫率越高越好，但Cr作催化劑時溫度高于Mn，溫度越高，對設備要求越高，增大生產(chǎn)成本，且脫氫率增大較小，所以使用Mn作催化劑較好；根據(jù)圖象知，在溫度為200-250℃或范圍內(nèi)間任意溫度，脫氫率較高，故答案為：a；
②生成0.5mol氮氣放出QkJ熱量，則生成2mol氮氣放出4QkJ熱量，則其熱化學反應方程式為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-4QkJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-4QkJ/mol．

點評：本題主要考查的是圖象分析，涉及熱化學反應方程式書寫，pH計算、氧化還原反應反應等，綜合性較強，難度較大．