Question

12．霧霾天氣的頻繁出現(xiàn)嚴(yán)重影響了我國(guó)居民的生活健康．研究顯示其中首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5，燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)和揚(yáng)塵是造成污染的主要原因．因此，運(yùn)用化學(xué)法防治大氣污染是當(dāng)下重要的研究方向．
（1）汽車(chē)尾氣中含有CO、NO等多種污染物．
①在汽車(chē)排氣管上裝一個(gè)催化轉(zhuǎn)化裝置可將CO與NO轉(zhuǎn)化成參與大氣循環(huán)的無(wú)毒物質(zhì)．反應(yīng)的化學(xué)方程式是2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂．
②氣缸中生成NO的反應(yīng)原理為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若1mol空氣中的N₂（體積分?jǐn)?shù)為80%）和O₂（體積分?jǐn)?shù)為20%）在一定溫度下于密閉容器內(nèi)反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得NO為6×10^-4mol，則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.25×10^-6，汽車(chē)行駛時(shí)，氣缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)排放的NO越多，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，有利于平衡反應(yīng)正向進(jìn)行．
（2）煤的氣化是獲得潔凈燃料、降低SO₂排放的重要途徑之一．已知：
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1，
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1．
寫(xiě)出焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣的熱化學(xué)方程式：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+1341.3kJ/mol．
（3）CO與H₂反應(yīng)可制備甲醇．某實(shí)驗(yàn)室組裝的CH₃OH-O₂燃料電池的工作原理如圖所示．
①該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為CH₃OH．
②該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．
③若用該燃料電池電解精煉銅，當(dāng)析出精銅32g時(shí)，理論上該電池消耗的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為5.6L．
（4）常溫下將PM2.5的空氣樣本用蒸餾水處理，制成待測(cè)試樣．測(cè)得該試樣所含水溶性離子的化學(xué)組分及平均濃度如下表所示．

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

則根據(jù)表中數(shù)據(jù)可計(jì)算出該待測(cè)試樣的pH=4．

Answer 1

分析 （1）①CO與NO轉(zhuǎn)化成參與大氣循環(huán)的無(wú)毒物質(zhì)，反應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳；
②根據(jù)平衡時(shí)NO的物質(zhì)的量，結(jié)合方程式計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體分子數(shù)目不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$計(jì)算；
溫度升高，反應(yīng)速率加快；溫度升高，有利于平衡反應(yīng)正向進(jìn)行；
（2）已知：①．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1，
②．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，②-①×$\frac{1}{2}$可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；
（3）①由質(zhì)子移動(dòng)方向可知，左室為負(fù)極，右室為正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，則甲醇在負(fù)極加入，氧氣在正極通入；
②甲醇在負(fù)極失去電子，生成二氧化碳與氫離子；
③根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算氧氣物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nV_m計(jì)算氧氣體積；
（4）根據(jù)電荷守恒判斷溶液酸堿性，利用電荷守恒計(jì)算溶液中H⁺離子濃度，若為堿性，忽略氫離子，若為酸性，忽略氫氧根離子，再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計(jì)算．

解答 解：（1）①CO與NO轉(zhuǎn)化成參與大氣循環(huán)的無(wú)毒物質(zhì)，反應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，反應(yīng)方程式為：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂，
故答案為：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂；
②1mol空氣中的N₂為0.8mol、O₂為0.2mol，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得NO為6×10^-4 mol，則：
                N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始量（mol）：0.8       0.2       0
變化量（mol）：3×10^-4    3×10^-4    6×10^-4       
平衡量（mol）：7997×10^-4    1997×10^-4 6×10^-4                           
反應(yīng)前后氣體分子數(shù)目不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（6×1{0}^{-4}）^{2}}{7997×1{0}^{-4}×1997×1{0}^{-4}}$=2.25×10^-6，
溫度升高，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，有利于平衡反應(yīng)正向進(jìn)行，氣缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)排放的NO越多，
故答案為：2.25×10^-6；溫度升高，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，有利于平衡反應(yīng)正向進(jìn)行；
（2）已知：①．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1，
②．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，②-①×$\frac{1}{2}$可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+1341.3kJ/mol，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+1341.3kJ/mol；
故答案為：溫度升高，反應(yīng)速率加快；溫度升高，有利于平衡反應(yīng)正向進(jìn)行；
（3）①由質(zhì)子移動(dòng)方向可知，左室為負(fù)極，右室為正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，則甲醇在負(fù)極加入，氧氣在正極通入，則b口通入的物質(zhì)為CH₃OH，生成的二氧化碳在a口排出，
故答案為：CH₃OH；
②甲醇在負(fù)極失去電子，生成二氧化碳與氫離子，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
③析出精銅32g時(shí)，Cu的物質(zhì)的量為$\frac{32g}{64g/mol}$=0.5mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，消耗氧氣物質(zhì)的量為$\frac{0.5mol×2}{4}$=0.25mol，消耗氧氣體積為0.25mol×22.4L/mol=5.6L，
故答案為：5.6；
（4）由電荷守恒可知，c（K⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-）+2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-），則c（H⁺）-c（OH^-）=（2×10^-5 +2×3×10^-5 +5×10^-5-3×10^-6-7×10^-6-2×10^-5 ）mol/L=10^-4mol/L，溶液呈酸性，溶液中H⁺離子濃度約是為10^-4，pH值=-lgc（H⁺）=4，
故答案為：4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、原電池、溶液酸堿性判斷與pH計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡影響因素等，屬于拼合型題目，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．