Question

雾霾天气频繁出现，严重影响人们的生活和健康。其中首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5，其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：

（1）将PM2.5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	4×10^-6	6×10^-6	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断试样的pH=         。

（2）汽车尾气中NO_x和CO的生成：

①已知汽缸中生成NO的反应为：N₂(g)+O₂(g)2NO(g) △H>0恒温，恒容密闭容器中，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是____

A.混合气体的密度不再变化                  B.混合气体的平均分子量不再变化

C.N₂、O₂、NO的物质的量之比为1∶1∶2       D.氧气的百分含量不再变化

②汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO，2CO(g)=2C(s)+O₂(g)，已知该反应的△H＞0，则该设想能否实现______________（填“能”或“不能”）

（3）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。

（4）汽车尾气净化的主要原理：2NO(g)+2CO(g)2CO₂(g)+N₂(g)；△H＜0，若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是__（填序号）。（如图中v_正、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数）

（5）车辆排放的氮氧化物、煤燃烧产生的二氧化硫是导致雾霾天气的“罪魁祸首”之一。活性炭可处理大气污染物NO。在5L密闭容器中加入NO和活性炭（假设无杂质）。一定条件下生成气体E和F。当温度分别在T₁℃和T₂℃时，测得各物质平衡时物质的量（n/mol）如下表：

物质 温度/℃	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）写出NO与活性炭反应的化学方程式______________________；

（2）计算上述反应T₁℃时的平衡常数K₁=__________________；若T₁＜T₂，则该反应的△H_0(填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）上述反应T₁℃时达到化学平衡后再通入0.1molNO气体，则达到新化学平衡时NO的转化率为____________；

Answer

（1）4 （2分） （2）①D （1分）②不能（1分）

（3）C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJ•mol-1 （4）BD（2分）

（5）①C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)②4（2分）<③80%（2分）

【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）①A、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，所以混合气体的密度不再变化不能说明反应达到平衡状态，A错误；B、混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量和物质的量均是不变的，所以混合气体的平均分子量不再变化不能说明反应达到平衡状态，B错误；C、N2、O2、NO的物质的量之比为1∶1∶2不能说明正逆反应速率相等，反应不一定达到平衡状态，C错误；D.氧气的百分含量不再变化说明反应达到平衡状态，D正确，答案选D。

②2CO（g）＝2C（s）+O2（g）△H＞0，反应是焓变增大，熵变减小的反应，△H＞0，△S＜0，则△H-T△S＞0，反应任何温度下都不能自发进行；

（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

根据盖斯定律可知②－①即得到焦炭与水蒸气反应的热化学方程式:

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJ•mol-1。

（4）A、t1时正反应速率仍然在变化，说明没有达到平衡状态，A错误；B、t1时平衡常数不再变化，正逆反应速率相等，说明达到了平衡状态，B正确；C、t1时二氧化碳和一氧化氮的物质的量还在变化，说明正逆反应速率不相等，反应没有达到平衡状态，C错误；D、t1时一氧化氮的质量分数不再变化，表明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，D正确；答案选BD；

（5）①从表中数据可知，碳、一氧化氮、E和F的化学计量数之比为0.04:0.08:0.08:0.08=1:2:1:1，则反应中碳被氧化，结合原子守恒可知，生成氮气和二氧化碳，且该反应是可逆反应，所以化学方程式 C+2NOCO2+N2；

②平衡时二氧化氮和氮气的浓度均为0.04mol÷5L=0.008mol/L，一氧化碳的浓度为0.02mol÷5L=0.004mol/L，则平衡常数K1­=0.008×0.008/0.0042=4；若T1＜T2，根据表中数据可知升高温度反应物转化率减小，则该反应的△H＜0。

③反应T1℃时达到化学平衡后再通入0.1molNO气体，根据方程式计算

C+ 2NOCO2 + N2

起始物质的量 0.20 0 0

改变物质的量 2n n n

平衡时物质的量 0.2-2n n n

则平衡常数K=，解n=0.08mol，则转化率为×100%= 80%。

【考点定位】考查化学平衡的计算，化学平衡建立的过程、平衡状态判断、反应热计算等

【名师点睛】分析化学平衡移动时需要考虑条件对反应速率的影响和对化学平衡的影响，若改变物质的浓度，通常只有一种反应速率改变，若改变温度或压强，正逆反应速率都同向改变，但程度有所不同，压强改变平衡可能不移动，需要考虑反应中气体前后的体积关系。使用催化剂，反应速率都增大，但增大程度相同，平衡不移动。在进行平衡状态判断时需要注意可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：①正反应速率和逆反应速率相等。②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化。