Question

18．中國環(huán)境監(jiān)測總站數(shù)據(jù)顯示，顆粒物（PM2.5等）為連續(xù)霧霾過程影響空氣質(zhì)量最顯著的污染物，其主要來源為燃煤、機(jī)動車尾氣等．因此，對PM2.5、SO₂、NOx等進(jìn)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(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)計算PM2.5待測試樣的pH=4．
（2）NOx是汽車尾氣的主要污染物之一．汽車發(fā)動機(jī)工作時會引發(fā)N₂和O₂反應(yīng)，其能量變化示意圖如下：

①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+183 kJ•moL^-1．
②當(dāng)尾氣中空氣不足時，NOx在催化轉(zhuǎn)化器中被還原成N2排出．寫出NO被CO還原的化學(xué)方程式2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$ 2CO₂+N₂．
③汽車汽油不完全燃燒時還產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO：
2CO（g）=2C（s）+O₂（g），已知該反應(yīng)的△H＞0，該設(shè)想能否實現(xiàn)？不能．你的依據(jù)是該反應(yīng)是熵減、焓增的反應(yīng)，任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行．
（3）碘循環(huán)工藝不僅能吸收SO₂降低環(huán)境污染，同時又能制得氫氣，具體流程如下：

①用離子方程式表示反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
②用化學(xué)平衡移動的原理分析，在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是HI分解為可逆反應(yīng)，及時分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行．
③用吸收H₂后的稀土儲氫合金作為電池負(fù)極材料（用MH）表示），NiO（OH）作為電池正極材料，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，可制得高容量、長壽命的鎳氫電池．電池充放電時的總反應(yīng)為：Ni（OH）₂+M?充電放電NiO（OH）+MH，電池放電時，負(fù)極電極反應(yīng)式為MH+OH^--e^-=H₂O+M； 充電完成時，全部轉(zhuǎn)化為NiO（OH），若繼續(xù)充電，將在一個電極產(chǎn)生O₂，O₂擴(kuò)散到另一個電極發(fā)生電極反應(yīng)被消耗，從而避免產(chǎn)生的氣體引起電池爆炸，此時，陰極電極反應(yīng)式為4O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)溶液中電荷守恒計算；
（2）①根據(jù)能量變化圖計算反應(yīng)熱，反應(yīng)熱=吸收的能量-放出的能量，再根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫規(guī)則書寫；
②NO被CO還原，則CO被NO氧化生成二氧化碳，據(jù)此寫出反應(yīng)方程式；
③如反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)滿足△H-T•△S＜0；
（3）①碘和二氧化硫反應(yīng)生成硫酸和HI，類似于氯氣和二氧化硫的反應(yīng)；
②根據(jù)平衡移動的原理來分析；
③電池放電時，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，MH被氧化生成水和M；為避免爆炸，氧氣在陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

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^-），將表中數(shù)據(jù)帶入可得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=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ•moL^-1，
故答案為：+183 kJ•moL^-1；
②在催化劑條件下，一氧化碳被氧化生成二氧化碳，一氧化氮被還原生成氮氣，所以其反應(yīng)方程式為：2NO+2CO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案為：2NO+2CO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂；
③2CO（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，不能實現(xiàn)，
故答案為：不能；該反應(yīng)是熵減、焓增的反應(yīng)，任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行；
（3）①碘和二氧化硫反應(yīng)生成硫酸和HI，反應(yīng)的離子方程式為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，
故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②在膜分離器中發(fā)生反應(yīng)：2HI?I₂+H₂，將H₂分離出來有利于平衡向右移動，利于I₂和H₂的生成，
故答案為：HI分解為可逆反應(yīng)，及時分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；
③負(fù)極反應(yīng)物MH失去電子，生成的H⁺在堿性條件下生成H₂O，電解反應(yīng)式為：MH-e^-+OH^-=H₂O+M，陰極的電極反應(yīng)有兩個，第一階段是充電時的反應(yīng)式，陰極上電極反應(yīng)式為M+H₂O+e^-═MH+OH^-，第二階段為吸收氧氣的電解反應(yīng)式，由題意知氧氣在陰極上被還原，電解質(zhì)溶液呈堿性可知氧氣被還原為OH^-，所以其電極反應(yīng)式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，
故答案為：MH+OH^--e^-=H₂O+M；4O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

點評 本題較為綜合，涉及化學(xué)反應(yīng)方程式、離子方程式、熱化學(xué)反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式的書寫等知識點，注意反應(yīng)熱的計算方法，題目難度中等．