Question

【題目】霧霾天氣頻繁出現，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

根據表中數據判斷試樣的pH=________________。

(2)為減少SO2的排放，常將煤轉化為清潔氣體燃料：

已知：H2(g)+ O2(g) =H2O(g) △H= -241.8kJ·mol-1

C(s)+ O2(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：_________________________________________________。

(3)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、物質的量、質量分數）

(4)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。活性炭可處理大氣污染物NO。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 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)根據電荷守恒計算溶液中H+的濃度，據此計算溶液的pH值；

(2)焦炭與水蒸氣反應的化學方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)，再根據蓋斯定律計算焓變；

(3)絕熱密閉的容器中溫度發生變化，影響化學平衡常數，達到化學平衡時，各組分的量不變，正逆反應速率相等，化學平衡常數不發生變化；

(4)①根據反應中物質的轉化量之比等于化學計量數之比確定反應物和生成物的系數，再根據元素守恒確定生成物；

②先計算體系中各組分的平衡濃度，再計算平衡常數；結合表格中數據以及溫度對平衡移動的影響判斷反應熱；

③根據等效平衡分析增加NO的量后NO的轉化率。

(1)根據電荷守恒，c(K+)+c(Na+)+c(NH4+)+c(H+)=2c(SO42)+c(NO3)+c(Cl)，代入數據計算可得c(H+)=1×104mol/L，所以溶液的pH=lgc(H+)=4，故答案為：4；

(2)已知：①H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H1= -241.8kJ·mol-1，②C(s)+ O2(g) =CO(g) △H2= -110.5kJ·mol-1，焦炭與水蒸氣反應的化學方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)，該反應可由②①得到，根據蓋斯定律可得,該反應的焓變△H=△H2△H1=-110.5kJ·mol-1-(-241.8kJ·mol-1)= +131.3 kJmol-1，故答案為：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1；

(3)根據反應原理方程式2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H＜0，該反應為放熱反應，在絕熱、恒容容器中進行反應，隨著反應進行，溫度升高，化學反應速率先加快，后減慢，化學平衡常數減小，

A. 當到達t1時刻時，此時正反應速率最大，當到達化學平衡時，正反應速率應不變，因此不能說明反應到達化學平衡狀態，故A不選；

B. 溫度改變，則化學平衡常數改變，當到達t1時刻時，此時化學平衡常數不變，可以說明化學反應已經達到化學平衡狀態，故B選；

C. 當到達t1時刻時，NO和CO2的物質的量相等，并不能說明化學反應到達平衡狀態，化學平衡狀態時，應為各物質的物質的量保持不變，故C不選；

D. 當到達t1時刻時，NO的百分含量不變，可以說明化學反應到達化學平衡，故D選；

故答案為：BD；

(4)①在T1溫度下，NO和活性炭反應，一定條件下生成氣體E和F，根據表格數據分析，達到平衡時，△n(活性炭)=3mol2.96mol=0.04mol，△n(NO)=0.1mol0.02mol=0.08mol，△n(E)=0.04mol，△n(F)=0.04mol，可得C(s)+2NO(g)=E(g)+F(g)，根據元素守恒可得NO與活性炭反應的化學方程式為：C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)，故答案為：C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)；

②T1℃時，體系中各組分的平衡濃度分別為，，所以該溫度下反應的平衡常數為；若T1＜T2，由表格中數據可知，升高溫度，反應物的量增多，生成的量減少，說明升高溫度，平衡逆向移動，則該反應為放熱反應，△H＜0，故答案為：4；＜；

③反應C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)為反應前后氣體分子數不變的反應，即壓強變化不對化學平衡產生影響，當該反應平衡后再通入0.1molNO氣體，相當于加壓，平衡不移動，因此平衡時NO的轉化率不變，仍為原平衡時的轉化率，即，故答案為：80%。