Question

1．重慶市對大氣進行監測，發現該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5μm的懸浮顆粒物），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．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-1	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根據表中數據判斷PM2.5待測試樣的pH約為4．
（2）為減少SO₂的排放，常采取的措施有：將煤轉化為清潔氣體燃料．
已知：①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）K₁     ②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）K₂
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）  K=$（\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}）^{\frac{1}{2}}$（用含K₁、K₂的式子表示）．
（3）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如圖所示．
①在T₂溫度下，0～2s內的平均反應速率υ（N₂）=0.025mol/（L•s）．
②當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在如圖中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
（4）①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，若1mol空氣含0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時在密閉容器內反應達到平衡，測得NO為8×10^-4mol．計算該溫度下的平衡常數K=4×10^-6．
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，簡述該設想能否實現的依據：不能實現，因為該反應是焓增、熵減的反應，△G=△H-T•△S＞0．

Answer 1

分析 （1）先根據溶液中電荷守恒計算氫離子的濃度，然后求出pH；
（2）寫出熱化學方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H，利用蓋斯定律計算反應熱；
（3）①由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（N₂）；
②接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同；
（4）①計算出平衡時各種物質的物質的量，結合平衡常數的表達式計算；
②如果G=△H-T•△S＜0，該反應能自發進行，否則不能自發進行．

解答 解：（1）溶液中電荷守恒：C（K⁺）+C（NH₄⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（NO₃^-）+C（Cl^-），得C（H⁺）=1×10^-4mol•L^-1，pH值為4，溶液呈酸性；
故答案為：4；
（2）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=K₁，
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=K₁，
利用蓋斯定律，將（②-①）÷2可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=$（\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}）^{\frac{1}{2}}$，
故答案為：$（\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}）^{\frac{1}{2}}$；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3 kJ•mol^-1；
（3）①由圖可知，T₂溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化學計量數之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案為：0.025mol/（L•s）；
②接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；
（4）①已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若氣缸中進入1mol空氣（1mol空氣含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃時在密閉容器內反應達到平衡．測得NO為8×10^-4mol，反應前后氣體物質的量相同，計算平衡常數時可以用物質的量代替平衡濃度計算，先計算物質的平衡量，N₂為0.8mol-4×10^-4 mol，O₂為0.2mol-4×10^-4 mol，帶入平衡常數表達式即可，得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）．c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6，故答案為：4×10^-6；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g），該反應是焓增、熵減的反應，G=△H-T•△S＞0，所以不能實現；
故答案為：不能實現，因為該反應是焓增、熵減的反應，△G=△H-T•△S＞0．

點評 本題考查化學平衡有關計算，為高頻考點，涉及pH計算、化學平衡影響因素、反應速率計算、蓋斯定律、反應自發性判斷等知識點，明確反應原理、計算方法是解本題關鍵，注意化學平衡常數計算時用平衡時物質濃度，為易錯點．