Question

13．某市對(duì)大氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5um的懸浮顆粒物）其主要來(lái)源為燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣等．因此，對(duì)PM2.5、SO₂、NOx等進(jìn)行研究具有重要意義．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）對(duì)PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測(cè)試樣．若測(cè)得該試樣所含水溶性無(wú)機(jī)離子的化學(xué)組分及其平均濃度如下表：

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

根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷PM2.5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(zhuǎn)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(xiě)出焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)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(zhì)可作洗滌劑的是ab
a．Ca（OH）₂  b．Na₂CO₃    c．CaCl₂   d．NaHSO₃
（3）汽車(chē)尾氣中NOx和CO的生成及轉(zhuǎn)化為：
①已知?dú)飧字猩�成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，若1mol空氣含有0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時(shí)在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡．測(cè)得NO為8×10^-4mol．計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)K=4×10^-6，汽車(chē)啟動(dòng)后，氣缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移
②汽車(chē)燃油不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO：2CO（g）═2C（s）+O₂（g）已知該反應(yīng)的△H＞0，簡(jiǎn)述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)的依據(jù)該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)．根據(jù)△G=△H-T△S，△G＞0，不能實(shí)現(xiàn)
（4）在汽車(chē)尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)化器，可有效降低NO_X的排放．
①當(dāng)尾氣中空氣不足時(shí)，NO_X在催化轉(zhuǎn)化器中被還原成N₂排出．寫(xiě)出NO被CO還原的化學(xué)方程式：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$ N₂+2CO₂．
②當(dāng)尾氣中空氣過(guò)量時(shí)，催化轉(zhuǎn)化器中的金屬氧化物吸收NO_X生成鹽．其吸收能力順序如下：₁₂MgO＜_2oCaO＜₃₈SrO＜₅₆BaO．原因是由Mg、Ca、Sr、Ba的質(zhì)子數(shù)可知，它們均處于第ⅡA族，同一主族自上而下，原子半徑增大，元素的金屬性逐漸增強(qiáng)，金屬氧化物對(duì)NO_X的吸收能力逐漸增強(qiáng)．
（5）通過(guò)NO_x傳感器可監(jiān)測(cè)NO_x的含量，其工作原理示意圖如圖：
①Pt電極上發(fā)生的是還原反應(yīng)（填“氧化”或“還原”）．
②寫(xiě)出NiO電極的電極反應(yīng)式：NO+O^2--2e-=NO₂．

Answer 1

分析 （1）觀察表格中發(fā)現(xiàn)NH₄⁺水解顯酸性，PM2.5的酸堿性為酸性；
（2）①利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
②二氧化硫使酸性氧化物和堿或堿性鹽溶液反應(yīng)；
（3）①計(jì)算出平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量，結(jié)合平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；
②依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)原理分析判斷；
③根據(jù)G=△H-T•△S判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行；
（4）①NO被CO還原，則CO被NO氧化生成二氧化碳，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)方程式；
②原子半徑越大，其吸收范圍越大，則吸收能力越強(qiáng)；
（5）①原電池中正極得電子的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化氮．

解答 解：（1）觀察表格中發(fā)現(xiàn)NH₄⁺水解顯酸性，PM2.5的酸堿性為酸性，試樣的pH值根據(jù)溶液中電荷守恒計(jì)算，c（K⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（Cl^-）+2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-），c（H⁺）=2×10^-5 +2×4×10^-5 +3×10^-5-2×10^-5-6×10^-6-4×10^-6 =10^-4，得到H⁺離子濃度為10^-4，pH值=-lgc（H⁺）=4，
故答案為：酸性；4；
（2）①已知：①H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C （s）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=CO （g）；△H=-110.51kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，將②-①可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=（-110.51kJ•mol^-1）-（-241.81kJ•mol^-1）=+13l.3 kJ•mol^-1；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.3 kJ•mol^-1；
②洗滌含SO₂的煙氣，根據(jù)酸性氧化物的性質(zhì)選a．Ca（OH）₂ b．Na₂CO₃，
故答案為：a、b；
（3）①已知?dú)飧字猩�成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若氣缸中進(jìn)入1mol空氣（1mol空氣含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃時(shí)在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡．測(cè)得NO為8×10^-4mol，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相同，計(jì)算平衡常數(shù)時(shí)可以用物質(zhì)的量代替平衡濃度計(jì)算，先計(jì)算物質(zhì)的平衡量，N₂為0.8mol-4×10^-4 mol，O₂為0.2mol-4×10^-4 mol，帶入平衡常數(shù)表達(dá)式即可，書(shū)寫(xiě)計(jì)算得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}mol）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）mol×（0.2-4×1{0}^{-4}）mol}$=4×10^-6，氣缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移；
故答案為：4×10^-6，溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g），該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)．根據(jù)G=△H-T•△S，G＞0，不能實(shí)現(xiàn)；
故答案為：該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)．根據(jù)△G=△H-T△S，△G＞0，不能實(shí)現(xiàn)；
（4）①在催化劑條件下，一氧化碳被氧化生成二氧化碳，一氧化氮被還原生成氮?dú)�，所以其反�?yīng)方程式為：2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂，
故答案為：2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂；
②根據(jù)Mg、Ca、Sr和Ba的質(zhì)子數(shù)，得知它們均為ⅡA族元素．同一主族的元素，從上到下，原子半徑逐漸增大，原子半徑越大，反應(yīng)接觸面積越大，則吸收能力越大，
故答案為：由Mg、Ca、Sr、Ba的質(zhì)子數(shù)可知，它們均處于第ⅡA族，同一主族自上而下，原子半徑增大；
（5）①裝置無(wú)外接電源，故為原電池，鉑電極上氧氣得電子生成氧離子而被還原，所以為正極，故答案為：還原；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化氮，所以電極反應(yīng)式為：NO+O^2--2e^-=NO₂，故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)知識(shí)，涉及離子的水解、PH值的計(jì)算、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、自由能的應(yīng)用等，題目難度中等，注意相關(guān)知識(shí)的積累．