Question

霧霾天氣嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量，其中氮氧化物和硫氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．
Ⅰ．將PM_2.5樣本用蒸餾水處理制成待測(cè)試樣．
若測(cè)得該樣本所含水溶性無(wú)機(jī)離子的化學(xué)組分及其濃度如下表：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度/mol?L-1	3×10-6	7×10-6	2×10-5	3×10-5	5×10-5	2×10-5

根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷該試樣的pH=

 

（1）方法一：工業(yè)上變“廢”為寶，吸收工業(yè)尾氣SO₂和NO，可獲得Na₂S₂O₄（連二亞硫酸鈉）和NH₄NO₃ 產(chǎn)品的流程圖如圖1（Ce為鈰元素）：
①裝置Ⅰ中的主要反應(yīng)的離子方程式為

 

；
②裝置Ⅲ可以使Ce⁴⁺中再生，若用甲烷燃燒電池電解該裝置中的溶液，當(dāng)消耗1mol甲烷時(shí)，理論上可再生

 

molCe⁴⁺．
方法二：NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．反應(yīng)原理如圖2所示：
①圖3是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對(duì)應(yīng)的脫氫率，由圖綜合考慮可知最佳的催化劑和相應(yīng)的溫度分別為

 

（填序號(hào)）
a．Mn，200℃左右、b．Cr，450℃左右、c．Mn和Cr，300℃左右．
②用Fe做催化劑時(shí)，在氨氣足量的情況下，不同

c(NO2)

c(NO)

=1：1脫氫效果最佳．已知生成11.2L N₂（標(biāo)）反應(yīng)放出的熱量為QkJ，此時(shí)對(duì)應(yīng)的脫氫反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：pH的簡(jiǎn)單計(jì)算,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：

分析：Ⅰ、依據(jù)電荷守恒，計(jì)算溶液中含有的是氫離子還是氫氧根，然后計(jì)算pH值即可；
Ⅱ、（1）①二氧化硫是酸性氧化物，能和強(qiáng)堿之間發(fā)生反應(yīng)；
②1molCe³⁺再生轉(zhuǎn)化為Ce⁴⁺，提供電子為1mol，1mol甲烷完全燃燒，轉(zhuǎn)移電子為mol，據(jù)此解答即可；
（2）①溫度越高，對(duì)設(shè)備的要求越高，所以如果催化劑在較低溫度下能較大程度的脫氫即可；根據(jù)縱坐標(biāo)判斷，相同溫度下，脫氫率越高的效果越好；生成1mol氮?dú)夥懦鯭kJ熱量，則生成2mol氮?dú)夥懦?QkJ熱量．

解答： 解：Ⅰ、溶液中遵循電荷守恒：c（K⁺）+c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）+c（Cl^-）+c（OH^-）和K_W，即：3×10^-6+7×10^-6+3×10^-5+c（H⁺）=2×3×10^-5+5×10^-5+2×10^-5，解c（H⁺）=10^-4mol?L^-1，pH值為4，故答案為：4；
Ⅱ、（1）①二氧化硫是酸性氧化物，能和強(qiáng)堿氫氧化鈉之間發(fā)生反應(yīng)：SO₂+OH^-=HSO₃^-，NO和氫氧化鈉之間不會(huì)反應(yīng)，故答案為：SO₂+OH^-=HSO₃^-；
②甲烷燃料電池中，在堿性溶液中，甲烷燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故每有1mol甲烷反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8mol，每生成1molCe⁴⁺，提供電子為1mol，故答案為：8；
（2）①根據(jù)圖象知，脫氫率越高越好，但Cr作催化劑時(shí)溫度高于Mn，溫度越高，對(duì)設(shè)備要求越高，增大生產(chǎn)成本，且脫氫率增大較小，所以使用Mn作催化劑較好；根據(jù)圖象知，在溫度為200-250℃或范圍內(nèi)間任意溫度，脫氫率較高，故答案為：a；
②生成0.5mol氮?dú)夥懦鯭kJ熱量，則生成2mol氮?dú)夥懦?QkJ熱量，則其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-4QkJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-4QkJ/mol．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查的是圖象分析，涉及熱化學(xué)反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)，pH計(jì)算、氧化還原反應(yīng)反應(yīng)等，綜合性較強(qiáng)，難度較大．