Question

【題目】氯離子插層鎂鋁水滑石[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]是一種新型離子交換材料，其在高溫下完全分解為MgO、Al2O3、HCl和水蒸氣�，F(xiàn)用下圖裝置進行實驗確定其化學式(固定裝置略去)。

（1）Mg2Al(OH)6Cl·xH2O熱分解的化學方程式___________________________。

（2）若只通過測定裝置C、D的增重來確定x，則裝置的連接順序為________(按氣流方向，用接口字母表示)，其中C的作用是________。裝置連接后，首先要進行的操作的名稱是________。

（3）加熱前先通N2排盡裝置中的空氣，稱取C、D的初始質量后，再持續(xù)通入N2的作用是______________________、_________________等。

（4）完全分解后測得C增重3.65 g、D增重9.90 g，則x＝________。若取消冷卻玻管B后進行實驗，測定的x值將________(填“偏高”或“偏低”)。

（5）上述水滑石在空氣中放置時易發(fā)生反應生成[Mg2Al(OH)6Cl1－2y·(CO3)y·zH2O]，該生成物能發(fā)生類似的熱分解反應。現(xiàn)以此物質為樣品，用(2)中連接的裝置和試劑進行實驗測定z，除測定D的增重外，至少還需測定___________。

【答案】 2[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O==4MgO＋Al2O3＋2HCl↑＋(5＋2x)H2O↑ aedb 吸收HCl氣體 檢查氣密性 將分解產生的氣體全部帶入裝置C、D中完全吸收 防止產生倒吸 3 偏低 裝置C的增重及樣品質量(樣品質量及樣品分解后殘余物質量或裝置C的增重及樣品分解后殘余物質量)

【解析】（1）從題目可以知道，[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]在高溫下完全分解為MgO＋Al2O3＋HCl和水蒸氣，分解產物已經確定，配平即可得到化學方程式。

（2）x是結晶水的系數(shù)，確定x需要測定分解產物中水蒸氣的質量及氣體的質量，則需先用濃硫酸來吸收尾氣中的水蒸氣，然后NaOH吸收HCl，通過濃硫酸的增重來計算水蒸氣，再通過NaOH溶液的增重來計算HCl，且順序不能顛倒，因為尾氣先經NaOH溶液會帶出部分水蒸氣，造成較大誤差，故連接順序為aedb；NaOH與酸性氣體HCl發(fā)生反應，故C的作用是吸收HCl氣體；這個反應有大量氣體生成，實驗前必須檢查實驗裝置的氣密性，故首先要進行的操作的名稱是檢查氣密性。

（3）N2不會與體系的任一物質發(fā)生反應，故持續(xù)通入N2能把分解的氣體全部帶入裝置C、D，另外，反應中產生的氣體都被吸收，容易造成倒吸，持續(xù)通入能防止產生倒吸。

（4）由化學方程式可知水蒸氣和HCl氣體的比例關系為： ，故x=3；若取消冷卻玻管B后進行實驗，溫度過高的水蒸氣會影響裝置D濃硫酸的吸收，由比例關系式： 可知，x的值會偏低。

（5）[Mg2Al(OH)6Cl1－2y·(CO3)y·zH2O]與[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]的高溫分解反應類似，但還有無法用上述裝置測量的H2，故除了裝置D的增重，還需測量另外兩個變化量，如測量樣品質量、樣品分解后殘余物質量和裝置C的增重，故還需測量裝置C的增重及樣品質量（樣品質量及樣品分解后殘余物質量或裝置C的增重及樣品分解后殘余物質量）。

點睛：實驗的所有的設計和操作都是圍繞實驗目的進行的。測量分解產物的質量，就要盡可能減少誤差，所以（3）充入氮氣的目的是把生成的氣體全部帶入后面裝置被吸收而減小誤差，且可以防止倒吸。

【題型】實驗題
【結束】
9

【題目】霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，嚴重影響人們的生活和健康。其中首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5，其主要來源為燃煤、機動車尾氣等。因此，對PM2.5、SO2、NOx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。

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	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)判斷試樣的pH=_________。

（2）汽車尾氣中NOx和CO的生成：

①已知汽缸中生成NO的反應為：N2(g)+O2(g)2NO(g) △H>0恒溫，恒容密閉容器中，下列說法中能說明該反應達到化學平衡狀態(tài)的是____

A.混合氣體的密度不再變化 B.混合氣體的平均分子量不再變化

C.N2、O2、NO的物質的量之比為1∶1∶2 D.氧氣的百分含量不再變化

②汽車燃油不完全燃燒時產生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，則該設想能否實現(xiàn)______________（填“能”或“不能”）

（3）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)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1

C(s)+1/2O2(g) =CO(g)△H =-110.5kJ·mol-1

寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式：___________________。

②洗滌含SO2的煙氣。

（4）汽車尾氣凈化的主要原理：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)；△H＜0，若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態(tài)的是_________（填序號）。（如圖中v正、K、n、w分別表示正反應速率、平衡常數(shù)、物質的量、質量分數(shù)）

車輛排放的氮氧化物、煤燃燒產生的二氧化硫是導致霧霾天氣的“罪魁禍首”之一�；钚蕴靠商幚泶髿馕廴疚颪O。在5L密閉容器中加入NO和活性炭（假設無雜質）。一定條件下生成氣體E和F。當溫度分別在T1℃和T2℃時，測得各物質平衡時物質的量（n/mol）如下表：

物質 溫度/℃	活性炭	NO	E	F
初始	3.000	0.10	0	0
T1	2.960	0.020	0.040	0.040
T2	2.975	0.050	0.025	0.025

（1）寫出NO與活性炭反應的化學方程式______________________；

（2）計算上述反應T1℃時的平衡常數(shù)K1=__________________；若T1＜T2，則該反應的△H__________________0(填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）上述反應T1℃時達到化學平衡后再通入0.1molNO氣體，則達到新化學平衡時NO的轉化率為________；

Answer 1

【答案】 4 D 不能 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 BD C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g) 4 < 80%

【解析】（1）根據(jù)表格提供的離子可知，NH4＋ 水解導致試樣溶液呈酸性，再根據(jù)電荷守恒可知，c(K＋)+c(NH4＋ )+c(Na＋)+c(H＋)=2c(SO42-)+c(Cl－)+c(NO3-)，將表格中的數(shù)據(jù)代入得H+離子濃度為10-4，則PH值為4。

（2）①在恒容密閉容器中，混合氣體的質量和體積始終不變，混合氣體的密度也始終不變，密度不能作為達到平衡狀態(tài)的判據(jù)，A項錯誤；該反應是氣體體積不變的可逆反應，根據(jù)M=質量/n，則混合氣體的平均分子量始終不變，不能作為達到平衡的判據(jù)，B項錯誤；N2、O2、NO的物質的量之比為1∶1∶2不能說明反應各物質的濃度保持不變，C項錯誤；氧氣的百分含量不再變化，說明反應達到平衡狀態(tài)，D項正確；答案選D。

②化學反應2CO(g)=2C(s)+O2(g)是一個熵減、吸熱的反應，則△H-T△S>0，所以該設想不能實現(xiàn)。

（3）已知：①H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1、②C(s)+1/2O2(g) =CO(g) △H =-110.5kJ·mol-1，利用蓋斯定律，將②-①可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=（-110.51kJmol-1）-（-241.81kJmol-1）=+13l.3 kJmol-1，所以焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 。

（4）可逆反應達化學平衡狀態(tài)時正逆反應速率不再變化，A項錯誤；該物質的濃度在化學平衡時保持不變，所以K不再變化，B項正確；對于恒容容器而言，各物質的物質的量不再改變，C項錯誤；平衡時NO的質量分數(shù)不再改變，D項正確，答案選BD。

（5）①由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.040：0.080：0.040：0.040 =1：2：1：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成物為N2與CO2，且該反應為可逆反應，則反應方程式為C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)。

②從表中數(shù)據(jù)可知T1℃時的平衡濃度c(NO)=0.004mol/L，c(N2)=c(CO2)=0.008 mol/L，則T1℃時該反應的平衡常數(shù)為K1=（0.008×0.008）÷(0.004×0.004)=4；從T1到T2，NO的濃度增大，說明平衡逆向移動，若T1＜T2，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，則該反應的正向為放熱反應，則△H < 0。

③在T1時，K=4，設NO的轉化率為x，根據(jù)三段式解答：

C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)

起始濃度 0.04 0 0

變化濃度 0.04x 0.02x 0.02x

平衡濃度 0.04-0.04x 0.02x 0.02x

K=[0.02x×0.02x]÷[(0.04-0.04x)×(0.04-0.04x)=4，解得x=0.8，即達到新的平衡時，NO的轉化率為80%。