Question

中國環境監測總站數據顯示，顆粒物(PM_2.5等)為連續霧霾過程影響空氣質量最顯著的污染物，其主要來源為燃煤、機動車尾氣等。因此，對PM_2.5、SO₂、NOx等進行研究具有重要意義。請回答下列問題：
⑴ 將PM_2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣。若測得該試樣所含水溶性無機離子的化學組分及其平均濃度如下表：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl－
濃度/mol?L－1	4×10－6	6×10－6	2×10－5	4×10－5	3×10－5	2×10－5

 
根據表中數據計算PM_2.5待測試樣的pH ＝　       　。
⑵ NO_x是汽車尾氣的主要污染物之一。汽車發動機工作時會引發N₂和O₂反應，其能量變化示意圖如下：

① N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H＝　              　。
② 當尾氣中空氣不足時，NO_x在催化轉化器中被還原成N₂排出。寫出NO被CO還原的化學方程式　                                          　。
③ 汽車汽油不完全燃燒時還產生CO，有人設想按下列反應除去CO：
2CO(g)＝2C(s)＋O₂(g),已知該反應的△H＞0，該設想能否實現？　  　。
⑶ 碘循環工藝不僅能吸收SO₂降低環境污染，同時又能制得氫氣，具體流程如下：

① 用離子方程式表示反應器中發生的反應　                           　。
② 用化學平衡移動的原理分析，在HI分解反應中使用膜反應器分離出H₂的目的是                                                 　。
③ 用吸收H₂后的稀土儲氫合金作為電池負極材料(用MH）表示），NiO(OH)作為電池正極材料，KOH溶液作為電解質溶液，可制得高容量、長壽命的鎳氫電池。電池充放電時的總反應為：Ni(OH)₂＋MNiO(OH)＋MH，電池放電時，負極電極反應式為　                                　； 充電完成時，全部轉化為NiO(OH)，若繼續充電，將在一個電極產生O₂，O₂擴散到另一個電極發生電極反應被消耗，從而避免產生的氣體引起電池爆炸，此時，陰極電極反應式為　　　　　    　　    　。

Answer 1

⑴4   ⑵① +183 kJ·mol^－1 ② 2NO＋2CO2CO₂＋N₂   ③ 不能   
⑶①SO₂＋I₂＋2H₂O＝SO₄^2-＋2I^－＋4H⁺    HI分解為可逆反應，及時分離出產物H₂，有利于反應正向進行
③MH＋OH^－－e^－＝H₂O＋M     4O₂＋4e^－＋2H₂O＝4OH^－

試題分析：（1）根據溶液呈電中性的原理可得c(H⁺)+c(K⁺)+c(Na⁺)+c(NH₄⁺)=2c(SO₄^2－)+c(NO₃^－)+c(Cl^－)。將各個數值代入上述式子可得c(H⁺)=1.0×10^－4mol/L,所以pH=4；(2)① N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H＝945kJ/mol+498kJ/mol-2×630kJ/mol="+183" kJ/mol. ②NO被CO還原的化學方程式為2NO＋2CO2CO₂＋N₂。③由于反應2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H>0是個體系混亂程度減小的吸熱反應。ΔH>0；△S<0，根據體系的自由能ΔG=ΔH-T·ΔS>0，.所以該設想不能實現。⑶①反應器中發生的反應離子方程式為：SO₂＋I₂＋2H₂O＝SO₄^2-＋2I^－＋4H⁺。②2HI H₂+I₂ .該發生是可逆反應。若在HI分解反應中使用膜反應器分離出H₂，由于減小生成物的濃度，平衡正向移動，就可以使更多的HI分解，制得氫氣。③由電池放電、充電的方程式可知：在電池放電時，負極電極反應式為MH＋OH^－－e^－＝H₂O＋M；充電完成時，全部轉化為NiO(OH)，若繼續充電，將在一個電極產生O₂，O₂擴散到另一個電極發生電極反應被消耗，從而避免產生的氣體引起電池爆炸，此時，陰極電極反應式為4O₂＋4e^－＋2H₂O=4OH^－。