某市对大气进行监测,发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5(直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物),其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM2.5、SO2、NOx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+ |
N |
S |
N |
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PM2.5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)+
O2(g) H2O(g) ΔH="-241.8" kJ·mol-1 ①
C(s)+O2(g) CO(g) ΔH="-110.5" kJ·mol-1 ②
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) ΔH>0
若1 mol空气含0.8 mol N2和0.2 mol O2,1 300℃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ΔH>0,简述该设想能否实现的依据:
。
③目前,在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染,其化学反应方程式为 。
实验室用Na2SO3固体与70%的硫酸反应制取SO2气体时，可用NaOH溶液或Fe2(SO4)3溶液吸收多余的SO2气体。
（1）用NaOH溶液吸收多余的SO2气体，若两者恰好反应生成Na2SO3溶液，则Na2SO3溶液中各微粒间浓度关系正确的是_______。
| A．c(Na+)＞c(SO32－)＞c(OH－)＞c(HSO3－)＞c(H+) |
| B．c(Na+)＝2c(SO32－) + 2c(HSO3－) + 2c(H2SO3) |
| C．c(Na+) + c(H+)＝2c(SO32－) + c(HSO3－) + c(OH－) |
| D．c(H+) + c(HSO3－) + 2c(H2SO3)＝c(OH－) |
（2）用Fe2(SO4)3溶液吸收多余的SO2气体，写出SO2与Fe2(SO4)3溶液反应的离子方程式__________
（3）用Fe2(SO4)3溶液吸收SO2气体一段时间后，吸收液中一定存在的离子有H+、Fe2+、SO42－和极少量的OH－。某同学认为还可能存在其他离子，并提出假设进行实验探究。
①提出合理假设：
假设1：还存在HSO3－、SO32－；
假设2：还存在Fe3+；
假设3：___________________
……
②设计实验方案
| 实验步骤 |
预期现象和结论 |
| 步骤1：取少量吸收液于试管中，加稀硫酸酸化，然后再滴入几滴品红溶液； |
现象：________________________________ 结论：假设1不成立； |
| 步骤2：______________________________ ____________________________________。 |
现象：________________________________ 结论：假设2成立。 |
含碳化合物在国民经济中占有重要地位。含碳化合物的性质、制备等一直是中学化学研究的焦点。
研究情境一：工业上采用乙苯与CO2脱氢生产重要化工原料苯乙烯
△H＝－166kJ·mol－1，平衡常数K
其中乙苯在CO2气氛中的反应可分两步进行。
第一步：
ΔH1，平衡常数K1
第二步：H2(g) +CO2(g)
CO(g) + H2O(g) ΔH2＝－41kJ·mol－1，平衡常数K2
（1）上述第一步反应的ΔH1=____________，K、K1、K2之间的关系是________________。
（2）某化学研究性学习小组模拟工业用乙苯与CO2脱氢生产苯乙烯。在3L固定容积密闭容器内，乙苯与CO2的反应在I、II、III三种不同的条件下进行实验。乙苯、CO2的起始浓度分别为1.0mol·L－1和3.0mol·L－1，其中实验I在T1°C，0.3MPa，而实验II、III分别改变了实验其他条件。乙苯的浓度随时间的变化如图所示。
①实验I 苯乙烯在0—50min的平均反应速率是____________。
②实验III改变的条件可能是_______________________________________________。
③对于实验I，下列叙述能说明乙苯与CO2反应达到平衡的是_______。
a．平衡常数K不再增大b．CO2的转化率不再增大
c．混合气体的平均相对分子质量不再改变 d．反应物不再转化为生成物
研究情境二：2013年12月14日21时11分，嫦娥三号探测器在月球表面预选着陆区域成功着陆，标志我国已成为世界上第三个实现地外天体软着陆的国家。
（3）下图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH溶液为电解液。
如果某段时间内氢氧储罐中共收集到67.2L气体（标准状况），则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量是________mol。
（4）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO2，还要求提供充足的O2。某种电化学装置可实现如下转化：2CO2＝2CO + O2，同时生成的CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应是：
4OH－－4e－＝O2↑+2H2O，则阴极反应是__________________。
(14分) CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料（含Fe、Al及其化合物、SiO2杂质），生产CuCl的工艺流程如下：
| 物质 |
开始沉淀 |
沉淀完全 |
| Fe(OH)3 |
2.7 |
3.7 |
| Cu(OH)2 |
5.6 |
6.7 |
| Al(OH)3 |
3.8 |
4.7 |
已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCl2－，CuCl2－的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。
（1）煅烧的主要目的是：。
（2）操作Ⅰ为调节溶液的PH值，范围为，加入的物质X可以是（）
A、CuO B、Cu(OH)2 C、NaOH 溶液 D、CaCO3
（3）滤渣Ⅱ的主要成分是。
（4）往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCl2－，请写出反应的离子方程式：。
（5）在反应Ⅰ中，温度控制在70~80℃并使用浓NaCl溶液，主要目的是：。
（6）常温下，已知CuOH的KSP为1.0×10－14，则Cu++H2O 
CuOH + H+的平衡常数为：。
(18分)为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要。
（1）汽车内燃机工作时会引起N2和O2的反应：N2（g）+O2（g）
2NO（g），是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。
①在T1、T2温度下，一定量的NO发生分解反应时N2的体积分数随时间变化如图所示，根据图像判断反应N2（g）+O2（g）2NO（g）的△H__________0(填“>”或“<”)。
②在T3温度下，向2L密闭容器中充入10molN2与5mo1O2，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率v (N2)=___________________。该温度下，若开始时向上述容器中充入N2与O2均为1 mol，则达到平衡后N2的转化率为____________。
（2）利用下图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，用阴极排出的溶液可吸收NO2。
①阳极的电极反应式为_____________________。
②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO2，使其转化为无害气体，同时有SO32—生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______________。
（3）一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染。常温下，将a mol·L
的醋酸与b mol
LBa(OH)2溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba2＋)=c(CH3COO－)，则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=______________________(用含a和b的代数式表示)。
.（本题16分）为验证氧化性：Cl2>Fe3+>SO2，某小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器和甲中加热装置已略，气密性已检验）。
实验步骤：
1.在甲装置中，打开活塞a，加热，待装置中充满黄绿色气体时，与丙装置连接。
2.当丙装置中FeC12溶液变黄时，停止加热。
3.打开活塞c，使约2mL的溶液滴入试管中，检验溶液中的离子。
4.在乙装置中，打开活塞b，待空气排尽后，将乙中产生的气体通入上述丙装置变黄后的溶液中，一段时间后停止。
5.更新丙中试管，打开活塞c，使约2mL的溶液滴入试管中，检验溶液中的离子。
回答下列问题：
（1）甲中发生反应的化学方程式为___________________________________________。
（2）用70%的硫酸制取SO2，反应速率比用98%的硫酸快，原因是__________________。
（3）实验中，证明氧化性Fe3+＞SO2的离子方程式为_____________________________。
（4）有I、II、III三组同学分别完成了上述实验，实验结果如下：
上述实验结果一定能够证明氧化性:Cl2>Fe3+>SO2的是___________（用“I”、“II”、“III”代号回答）。
（5）若要用以上甲和丙装置证明氧化性为：Cl2> Fe3+> I2的结论，则步骤为：
①往丙的漏斗中加入两种试剂_________、_________和一种溶剂__________。
②将甲装置中产生的Cl2慢慢通入丙中，观察丙的漏斗中溶液颜色变化。
③如果观察到丙中溶液_______________________________________则结论正确。
④停止通入Cl2。