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）

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

4D不能C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJ•mol-1BDC(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)4<80%

【解析】

（1）根据表格提供的离子可知，NH4＋ 水解导致试样溶液呈酸性，再根据电荷守恒可知，c(K＋)+c(NH4＋ )+c(Na＋)+c(H＋)=2c(SO42-)+c(Cl－)+c(NO3-)，将表格中的数据代入得H+离子浓度为10-4，则PH值为4。

（2）①在恒容密闭容器中，混合气体的质量和体积始终不变，混合气体的密度也始终不变，密度不能作为达到平衡状态的判据，A项错误；该反应是气体体积不变的可逆反应，根据M=质量/n，则混合气体的平均分子量始终不变，不能作为达到平衡的判据，B项错误；N2、O2、NO的物质的量之比为1∶1∶2不能说明反应各物质的浓度保持不变，C项错误；氧气的百分含量不再变化，说明反应达到平衡状态，D项正确；答案选D。

②化学反应2CO(g)=2C(s)+O2(g)是一个熵减、吸热的反应，则△H-T△S>0，所以该设想不能实现。

（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，利用盖斯定律，将②-①可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=（-110.51kJ•mol-1）-（-241.81kJ•mol-1）=+13l.3 kJ•mol-1，所以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= +131.3 kJ•mol-1 。

（4）可逆反应达化学平衡状态时正逆反应速率不再变化，A项错误；该物质的浓度在化学平衡时保持不变，所以K不再变化，B项正确；对于恒容容器而言，各物质的物质的量不再改变，C项错误；平衡时NO的质量分数不再改变，D项正确，答案选BD。

（5）①由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.040：0.080：0.040：0.040 =1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成物为N2与CO2，且该反应为可逆反应，则反应方程式为C(s)+2NO(g) ⇌ CO2(g)+N2(g)。

②从表中数据可知T1℃时的平衡浓度c(NO)=0.004mol/L，c(N2)=c(CO2)=0.008 mol/L，则T1℃时该反应的平衡常数为K1=（0.008×0.008）÷(0.004×0.004)=4；从T1到T2，NO的浓度增大，说明平衡逆向移动，若T1＜T2，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，则该反应的正向为放热反应，则△H < 0。

③在T1时，K=4，设NO的转化率为x，根据三段式解答：

C(s)+2NO(g) ⇌ CO2(g)+N2(g)

起始浓度 0.04 0 0

变化浓度 0.04x 0.02x 0.02x

平衡浓度 0.04-0.04x 0.02x 0.02x

K=[0.02x×0.02x]÷[(0.04-0.04x)×(0.04-0.04x)=4，解得x=0.8，即达到新的平衡时，NO的转化率为80%。