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）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______________（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）

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

【解析】

（1）根據表格提供的離子可知，NH4＋ 水解導致試樣溶液呈酸性，再根據電荷守恒可知，c(K＋)+c(NH4＋ )+c(Na＋)+c(H＋)=2c(SO42-)+c(Cl－)+c(NO3-)，將表格中的數據代入得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的判據，A項錯誤；該反應是氣體體積不變的可逆反應，根據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，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，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。

（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的質量分數不再改變，D項正確，答案選BD。

（5）①由表中數據可知，C、NO、E、F的化學計量數之比為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從表中數據可知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%。