Question

今年入冬以来，银川雾霾天气频繁出现，空气质量很差，严重影响市民的生活和健康。其中首要污染物为可吸入颗粒物PM_2.5，其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM_2.5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：

（1）将PM_2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。

若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH4^+	SO4^2－	NO3^－	Cl^－
浓度/mol·L^－1	4×10^-6	6×10^-6	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断PM₂₅的酸碱性为          ，试样的pH=          。

（2）为减少SO₂的排放，常采取的措施有：

①将煤转化为清洁气体燃料。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

写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：                                   。

②洗涤含SO₂的烟气，以下物质可作洗涤剂的是            。

a．Ca(OH)₂      b．Na₂CO₃       c．CaCl₂            d．NaHSO₃

（3）汽车尾气中NOx和CO的生成及转化

①已知汽缸中生成NO的反应为：N₂(g)+O₂(g)2NO(g) △H>0。若1mol空气含0.8molN₂和0.2molO₂，1300^oC时在密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10^-4mol。计算该温度下的平衡常数K=      。汽车启动后，汽缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是         。

②目前，在汽车尾气系统中安装催化转化器可减少CO和NO的污染，反应方程式为        。

Answer

(16分)（pH计算和平衡常数计算各3分，其余2分）

（1）酸性；4；

（2）①C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)；△H=+13l.3 kJ•mol-1，②a、b；

（3）①4×10-6；温度升高，反应速率加快，平衡右移；②2CO+2NO2CO2+N2．

【解析】

试题分析：（1）根据溶液呈电中性可得c(K+)+c(Na+)+c(NH4+)+c(H+)=2c(SO42－)+c(NO3－)+c(Cl－)，将溶液中已知离子的物质的量浓度代入上式，可得4×10-6+6×10-6+2×10-5+ c(H+)=2×4×10-5+3×10-5+2×10-5，解得c(H+)=1×10-4mol/L，所以溶液的pH=4；（2）①第二个热化学方程式减去第一个热化学方程式，整理可得焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)；△H=+13l.3 kJ•mol-1；②洗涤含SO2的烟气，物质应该可以与SO2发生反应。a．SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O，因此可以消除SO2的烟气，正确；b．由于酸性H2SO3>H2CO3，所以SO2与Na2CO3发生反应：SO2+Na2CO3 = CO2↑+Na2SO3 ，因此可以洗涤含SO2的烟气，正确；c．SO2与CaCl2不能发生反应，二氧化硫也不能在该溶液中溶解，因此不能作为洗涤含SO2的烟气的物质，错误；d．SO2与NaHSO3不能发生反应，因此不能作为洗涤含SO2的烟气的物质，错误。故选项是AB；（3）①在汽缸中发生生成NO的反应为：N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H>0是反应前后气体体积相等的反应。若1mol空气含0.8molN2和0.2molO2，1300oC时在密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10-4mol。则反应消耗N2和O2的物质的量是4×10-4mol ，平衡时二者的物质的量分别是7.6×10-3mol、1.6×10-3mol mol，则该温度下的平衡常数；由于该反应的正反应是吸热反应，当汽车启动后，汽缸温度升高，根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热的正反应方向移动。温度越高，平衡越正向移动，单位时间内NO排放量越大。②目前，在汽车尾气系统中安装催化转化器可减少CO和NO的污染，CO和NO发生反应，产生CO2和N2，该反应的方程式为2CO+2NO2CO2+N2。

【考点定位】考查大气污染物的处理方法、酸雨的pH的计算、化学平衡移动的有关知识。

【名师点睛】SO2、NO2、NO、CO、Cl2都会对环境产生不良的影响，因此都是大气污染物，SO2、NO2、NO除会直接产生危害外，与空气中的水及氧气反应产生酸雨的危害更大，NO2、NO还会形成光化学烟雾，危害大于酸雨。酸雨pH测定方法可以根据溶液的电荷守恒，先计算溶液中c(H+)，然后利用pH=-lgc(H+)计算得到。SO2是酸性气体，可以与碱发生反应产生盐，因此可以用石灰乳反应吸收，发生反应SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O，然后再氧化产生CaSO4，制取得到石膏CaSO4·2H2O，变废为宝；也可以利用亚硫酸的酸性比碳酸强，用碳酸钠饱和溶液吸收，产生NaHSO3，用于制取硫酸盐；NO2、NO的混合气体可以与氧气混合后通入NaOH溶液中，发生反应：NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O；2NO2 +2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O；只要混合气体中V(NO2)≥V(NO)，就可以完全吸收；也可以利用氮的氧化物的氧化性，与氨气混合，在一定条件下发生反应：NOx+NH3N2+H2O，变废为宝。或利用2CO+2NO2CO2+N2治理大气污染；Cl2的危害治理同样可以利用石灰乳吸收：2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O，得到漂白粉；也可以利用反应Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，制取“84”消毒液。物质不同，处理方法不同，不仅治理了污染，同时也得到了有经济价值的物质，提高了经济效益。