Question

【題目】霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)。其中汽車尾氣和燃煤廢氣是造成空氣污染的原因之一。

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在密閉容器中發(fā)生該反應時,c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線,如圖1所示。

據(jù)此判斷:

①該反應的ΔH____0(填“>”或“<”)。

②在T1溫度下,0～2 s內(nèi)的平均反應速率v(N2)=___________。

③當固體催化劑的質(zhì)量一定時,增大其表面積可提高化學反應速率。若增大催化劑的表面積,則CO轉(zhuǎn)化率____(填“增大”“減小”或“不變”)。

④若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行,下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態(tài)的是____(填字母)。

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題。

①煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物,用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。

例如:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-867.0 kJ/mol

2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ/mol

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2、CO2和H2O(g)的熱化學方程式:_________________。

②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用,可達到低碳排放的目的。圖2是通過人工光合作用,以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。電極a、b表面發(fā)生的電極反應式分別為

a:________________________________________________,

b:________________________________________________。

Answer 1

【答案】 ＜ 0.05mol/(L·s) 不變 bd CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJ·mol－1 2H2O－4e－=O2↑＋4H＋ 2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH

【解析】（1）①根據(jù)圖象知，“先拐先平數(shù)值大”得T1大于T2，升高溫度，二氧化碳的濃度降低，平衡向逆反應方向移動，說明正反應是放熱反應，即△H＜0；②在T1溫度下，0～2 s內(nèi)生成二氧化碳是0.2mol/L，根據(jù)方程式可知生成氮氣是0.1mol/L，所以反應的平均反應速率v(N2)=0.1mol/L÷2s＝0.05mol/(L·s)；③催化劑只能同等程度改變正逆反應速率，不能改變平衡狀態(tài)，所以增大催化劑的表面積CO轉(zhuǎn)化率不變；④a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t1時刻V正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，a錯誤；b、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數(shù)減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，b正確；c、t1時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t1時刻未到達平衡狀態(tài)，c錯誤；d、NO的質(zhì)量分數(shù)為定值，t1時刻處于平衡狀態(tài)，d正確；答案選bd；

（2）①已知：Ⅰ、CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867.0kJ/mol

Ⅱ、2NO2（g）N2O4（g）△H=-56.9kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ即可得到熱化學方程式CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJ·mol－1；②由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應，為負極，電極反應式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應式為2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH。