Question

13．大氣中PM2.5、NO_x、SO₂、CO₂、CH₄等含量是衡量空氣質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)，對其研究和綜合治理具有重要意義．
（1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣．測得該試樣所含水溶性無機(jī)離子的化學(xué)組分及其平均濃度如下表：

離子	K+	Na+	NH${\;}_{4}^{+}$	SO${\;}_{4}^{2-}$	NO3	Cl-
濃度/mol•L-l	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PM2.5試樣的pH=4．
（2）NOx是汽車尾氣的主要污染物之一．
①汽車發(fā)動機(jī)工作時會引發(fā)N₂和O₂反應(yīng)，其能量變化示意圖如圖：

則N₂（g）和O₂（g）反應(yīng)生成NO（g）的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1；
②用堿液吸收氮的氧化物是目前研究的課題，將NO、NO₂通入石灰乳中可制備重要的工業(yè)原料Ca（NO₂）₂．該工藝需控制NO和NO₂物質(zhì)的量之比接近1：1．若n（NO₂）：n（NO）＞1：1，則會導(dǎo)致產(chǎn)品Ca（NO₂）₂中Ca（NO₃）₂含量升高；若n（NO₂）：n（NO）＜1：1，則會導(dǎo)致排放氣體中NO含量升高．
（3）燃煤煙氣中的CO、SO₂在鋁礬土作催化劑、773K條件下反應(yīng)生成CO₂和硫蒸氣，該反應(yīng)可用于從煙道氣中回收硫．反應(yīng)體系中各組分的物質(zhì)的量與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖2所示，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式4CO+2SO₂=4CO₂+S₂．
（4）科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖3所示的人工光合系統(tǒng)．利用該裝置成功地實現(xiàn)了以CO₂和H₂O合成CH₄．寫出銅電極表面的電極反應(yīng)式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
（5）天然氣也可重整生產(chǎn)化工原料．最近科學(xué)家們利用天然氣無氧催化重整獲得芳香烴X．由質(zhì)譜分析得X的相對分子質(zhì)量為106，其核磁共振氫譜如圖4，則X的結(jié)構(gòu)簡式為．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)溶液中電荷守恒計算；
（2）①根據(jù)能量變化圖計算反應(yīng)熱，反應(yīng)熱=反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和，從而書寫熱化學(xué)方程式；
②若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則一氧化氮過量，若＜1：1，則二氧化氮過量；
（3）根據(jù)圖象知，反應(yīng)物的物質(zhì)的量變化量一個為（4-1）mol=3mol、一個為（2-0.5）mol=1.5mol，生成物的物質(zhì)的量變化量一個為（3-0）mol=3mol、一個為（0.75-0）mol=0.75mol，則反應(yīng)物、生成物的物質(zhì)的量變化量之比等于其計量數(shù)之比=3mol：1.5mol：3mol：0.75mol=4：2：4：1，根據(jù)C原子守恒知，計量數(shù)是4的為CO、CO₂，二氧化硫的計量數(shù)是2，硫單質(zhì)的計量數(shù)是1，則生成的硫單質(zhì)為S₂，根據(jù)反應(yīng)物、生成物書寫方程式；
（4）由電池裝置圖可知，Cu上二氧化碳得電子生成甲烷；
（5）芳香烴X的相對分子質(zhì)量為l06，設(shè)其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10，可知分子式為C₈H₁₀，分子中含有一個苯環(huán)，為苯的同系物，核磁共振氫譜中有2個峰，可知分子中含有2種環(huán)境的H，應(yīng)含有2個甲基且處于對位位置．

解答 解：（1）溶液電荷守恒：C（K⁺）+C（NH₄⁺）+c（Na⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-）+c（OH^-）和K_W，得C（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，pH值為4，
故答案為：4；
（2）①該反應(yīng)中的反應(yīng)熱=反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和=（946+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+184kJ/mol，所以N₂和O₂反應(yīng)生成NO的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1；
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1；
②若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，則二氧化氮過量，二氧化氮可與石灰乳反應(yīng)生成Ca（NO₃）₂，若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則一氧化氮過量，排放氣體中NO含量升高；
故答案為：產(chǎn)品Ca（NO₂）₂中Ca（NO₃）₂含量升高；排放氣體中NO含量升高；
（3）根據(jù)圖象知，反應(yīng)物的物質(zhì)的量變化量一個為（4-1）mol=3mol、一個為（2-0.5）mol=1.5mol，生成物的物質(zhì)的量變化量一個為（3-0）mol=3mol、一個為（0.75-0）mol=0.75mol，則反應(yīng)物、生成物的物質(zhì)的量變化量之比等于其計量數(shù)之比=3mol：1.5mol：3mol：0.75mol=4：2：4：1，根據(jù)C原子守恒知，計量數(shù)是4的為CO、CO₂，二氧化硫的計量數(shù)是2，硫單質(zhì)的計量數(shù)是1，則生成的硫單質(zhì)為S₂，所以反應(yīng)方程式為4CO+2SO₂=4CO₂+S₂，故答案為：4CO+2SO₂=4CO₂+S₂；
（4）由電池裝置圖可知，Cu上二氧化碳得電子生成甲烷，則Cu電極上的電極反應(yīng)為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；故答案為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
（5）芳香烴X的相對分子質(zhì)量為l06，設(shè)其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10，可知分子式為C₈H₁₀，分子中含有一個苯環(huán)，為苯的同系物，核磁共振氫譜中有2個峰，可知分子中含有2種環(huán)境的H，應(yīng)含有2個甲基且處于對位位置，則X的結(jié)構(gòu)簡式為，
故答案為：．

點評 本題考查了電解質(zhì)溶液中的電荷守恒、反應(yīng)熱=反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和、原電池原理、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)方程式計算、化學(xué)反應(yīng)原理在工藝流程、有機(jī)物結(jié)構(gòu)的確定的應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)分析等知識，題目難度不大．