Question

2．PM2.5是連續(xù)霧霾過程影響空氣質(zhì)量最顯著的污染物，其主要來源為燃煤、機動車尾氣等．因此，對PM2.5、SO₂、NO_x等進行研究具有重要意義．請回答下列問題：
（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PM2.5試樣的pH4．
（2）NO_x 汽車尾氣的主要污染物之一．汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N₂和O₂反應，其能量變化示意圖如下：
則N₂和O₂反應生成NO的熱化學反應方程式為N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1
（3）碘循環(huán)工藝不僅能吸收SO₂降低環(huán)境污染，同時又能制得氫氣，具體流程如下：
①用離子方程式表示反應器中發(fā)生的反應：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺
②將生成的氫氣與氧氣分別通入兩個多孔惰性電極，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，負極的電極反應式H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O
（4）為了改善環(huán)境，中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．
①有效“減碳”的手段之一是節(jié)能，下列制氫方法最節(jié)能的是C（填序號）．
A．電解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑B．高溫使水分解制氫：2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+O₂
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽能}$2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂
②CO₂可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-49.0kJ•mol^-1，測得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時間變化如圖所示．從3min到9min，v（H₂）=0.125mol•L^-1•min^-1．

③能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是D（填編號）．
A．反應中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1
（即圖中交叉點）
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C．單位時間內(nèi)消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
④工業(yè)上，CH₃OH也可由CO和H₂合成．參考合成反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)．下列說法正確的是AC．

溫度/℃	0	100	200	300	400
平衡常數(shù)	667	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

A．該反應正反應是放熱反應
B．該反應在低溫下不能自發(fā)進行，高溫下可自發(fā)進行
C．在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1mol CO和0.2mol H₂，達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則此時的平衡常數(shù)為100
D．工業(yè)上采用稍高的壓強（5MPa）和250℃，是因為此條件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)溶液中電荷守恒計算；
（2）根據(jù)能量變化圖計算反應熱，反應熱=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和，從而書寫熱化學方程式；
（3）①從流程圖可知，在反應器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，負極為氫氣失電子發(fā)生氧化反應的過程，據(jù)此書寫；
（4）①太陽能是取之不盡用之不竭的能源；
②v（H₂）=3v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$計算；
③可根據(jù)化學平衡狀態(tài)的概念和化學平衡狀態(tài)的特征“等”和“定”來分析解答；
④A、依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動原理分析判斷；
B、根據(jù)△G=△H-T△S＜0自發(fā)，△G=△H-T△S＞0非自發(fā)判斷；
C、結(jié)合平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
D、此條件是催化劑活性最大，升溫平衡逆向進行．

解答 解：（1）溶液中電荷守恒：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）該反應中的反應熱=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和=（946+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+184kJ/mol，所以N₂和O₂反應生成NO的熱化學反應方程式為N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1；
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+184kJ•mol^-1；
（3）①從流程圖可知，在反應器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反應方程式為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，負極為氫氣失電子發(fā)生氧化反應的過程，則方程式為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（4）①太陽光是取之不盡用之不竭的能源，故C最節(jié)能，故答案為：C；   
②v（H₂）=3v（CO₂）=3$\frac{△c（C{O}_{2}）}{△t}$=3×$\frac{（0.5-0.25）mol/L}{6min}$=0.125mol/（L•min），故答案為：0.125；
③A．反應中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1，不能說明正逆反應速率相等，不能說明化學反應達到化學平衡，故A錯誤；
B．體積不變，質(zhì)量不變，則混合氣體的密度不隨時間的變化而變化，不能利用密度判斷平衡，故B錯誤；
C．單位時間內(nèi)每消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O，體現(xiàn)正反應速率，無法確定正逆反應速率的關(guān)系，故C錯誤；
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，化學反應達到化學平衡，故D正確；
故答案為：D；　
④A、依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動原理分析判斷，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，正反應為放熱反應，故A正確；
B、由A得正反應為放熱反應，△H＜0，△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S＜0自發(fā)，△G=△H-T△S＞0非自發(fā)，所以低溫下能自發(fā)進行，高溫下不能自發(fā)進行，故B錯誤；
C、結(jié)合平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.1      0.2        0
變化量（mol/L）  0.1×50%  0.1      0.05
平衡量（mol/L） 0.05       0.1      0.05
平衡常數(shù)K=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故C正確；
D、升溫平衡逆向進行，此條件是催化劑活性最大，不是原料氣的轉(zhuǎn)化率高，故D錯誤；
故答案為：AC．

點評 本題考查了電解質(zhì)溶液中的電荷守恒、反應熱=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和、電化學、化學平衡狀態(tài)的判斷、化學平衡的影響因素等知識，題目難度不大．