Question

6．當(dāng)前我國(guó)環(huán)境狀況不榮樂觀，其中PM2.5、CO、SO₂、NO_x等污染物對(duì)空氣質(zhì)量的影響非常顯著，其主要來(lái)源為燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣等，因此，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要意義，請(qǐng)回答下列問題：
（1）對(duì)某地PM2.5樣本用蒸餾水處理后，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-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(jì)算該試樣的pH=4．
（2）NO_x是汽車尾氣的主要污染物之一．汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)引發(fā)N₂和O₂反應(yīng)，其能量變化示意圖1如下：
①寫出N₂和O₂反應(yīng)的熱化學(xué)方程式N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=-120kJ•mol^-1．
②處理尾氣時(shí)，加裝催化轉(zhuǎn)化裝置使NO_x與CO轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)污染的氣體排放，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2NO_x+2xCO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2xCO₂
③有人設(shè)想將CO按下列反應(yīng)除去：2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0，請(qǐng)你分析該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)？不能（填“是”或“否”），依據(jù)是該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)，根據(jù)G=△H-T•△S，G＞0．
④另有人認(rèn)為以如圖2所示原電池原理也可以除去CO，則其正極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-．容器中的CO₃^2-離子A極移動(dòng)（填“A”或“B”）．

（3）利用I₂O₅消除CO污染的反應(yīng)為：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s），不同溫度下，向裝有足量I₂O₅固體的2L恒容密閉容器中通入2mol　CO，測(cè)得CO₂的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間t變化曲線如圖3．請(qǐng)回答下列問題：
①T1時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K=1024
②下列說法正確的是AD（填字母序號(hào)）．
A．容器內(nèi)氣體密度不變，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B．該反應(yīng)的△H＞0
C．d點(diǎn)時(shí)，向恒容容器中充入2molCO，再次平衡后，CO₂的含量增大．
D．T₁與T₂化學(xué)平衡常數(shù)大小關(guān)系：K（T₁）＞K（T₂）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)溶液中電荷守恒計(jì)算；
（2）①根據(jù)能量變化圖計(jì)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尾氣處理主要把NO_X與CO轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)，五毒物質(zhì)即氮?dú)夂投�氧化碳�?br />③根據(jù)△G=△H-T•△S判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，如果△G＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，△G＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；
④為燃料電池，氧氣在正極得到電子，據(jù)此書寫電極反應(yīng)方程式；
（3）①根據(jù)b點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）求出CO和CO₂的平衡濃度進(jìn)而求出T₁時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K；
②A、因?yàn)闂l件為恒容，而反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度是變量，當(dāng)不變時(shí)表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
B、由于T₂首先出現(xiàn)拐點(diǎn)，故溫度T₂＞T₁，溫度越高，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)越少，說明此反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
C、此反應(yīng)特點(diǎn)為前后氣體體積不變的反應(yīng)，據(jù)此解答即可；
D、b點(diǎn)比d點(diǎn)時(shí)生成物CO₂體積分?jǐn)?shù)大，說明進(jìn)行的程度大，則化學(xué)平衡常數(shù)：K_b＞K_d．

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）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=1140-1260=-120kJ/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=-120kJ•mol^-1；故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=-120kJ•mol^-1；
②在催化劑作用下NO_X與CO反應(yīng)生成無(wú)毒的CO₂和N₂，2NO_x+2xCO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2xCO₂，故答案為：2NO_x+2xCO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2xCO₂；
③根據(jù)△G=△H-T•△S判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，如果△G＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，△G＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，2CO（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：不能；該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)，根據(jù)G=△H-T•△S，G＞0；
④此電池中電解質(zhì)為熔融碳酸鉀，正極通入的是氧氣與二氧化碳的混合氣體，發(fā)生反應(yīng)為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，原電池中陰離子在電解質(zhì)中充當(dāng)電子移向原電池的負(fù)極，故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；A；
（3）①T₁時(shí)：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    4                 0
轉(zhuǎn)化量/mol    y                 y
b點(diǎn)量/mol    4-y                y
根據(jù)b點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）=$\frac{y}{4}$=0.80，得y=3.2mol，c（CO）=0.4mol•L^-1，c（CO₂）=1.6mol•L^-1
T₁時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{5}}{c（CO）^{5}}$=$\frac{1．{6}^{5}}{0．{4}^{5}}$=1024，
故答案為：1024；
②A、因?yàn)闂l件為恒容，而反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度不變時(shí)，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B、由于T₂首先出現(xiàn)拐點(diǎn)，故溫度T₂＞T₁，溫度越高，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)越少，說明此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0，故B錯(cuò)誤；
C、C、此反應(yīng)特點(diǎn)為前后氣體體積不變的反應(yīng)，再加入2molCO，再次平衡后，CO₂的含量不變，故C錯(cuò)誤；
D、b點(diǎn)比d點(diǎn)時(shí)生成物CO₂體積分?jǐn)?shù)大，說明進(jìn)行的程度大，則化學(xué)平衡常數(shù)：K_b＞K_d，即K（T₁）＞K（T₂）故D正確，
故答案為：AD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)原理，綜合性很強(qiáng)，難度較大．