Question

2013年初，霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)。其中，汽車尾氣和燃煤尾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(yīng)時(shí)，c（CO2）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線如圖所示。

 

據(jù)此判斷：

①該反應(yīng)的ΔH________0（填“>”或“<”）。

②在T2溫度下，0～2 s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N2）＝________。

③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。若催化劑的表面積S1>S2，在上圖中畫(huà)出c（CO2）在T1、S2條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線。

④若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是________（填代號(hào)）。

 

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)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）　ΔH1＝－867 kJ·mol－1

2NO2（g）N2O4（g）　ΔH2＝－56.9 kJ·mol－1

寫(xiě)出CH4（g）催化還原N2O4（g）生成N2（g）、CO2（g）和H2O（g）的熱化學(xué)方程式：__________________________________________________________________

②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的。如圖是通過(guò)人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。催化劑b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______________________________________。

 

③常溫下，0.1 mol·L－1的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數(shù)Ka＝________。

 

Answer 1

（1）①<　②0.025 mol·L－1·s－1　③如圖

④bd

（2）①CH4（g）＋N2O4（g）=N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－810.1 kJ·mol－1

②CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH

③10－7 mol·L－1

【解析】（1）①由圖中曲線可以看出，在催化劑表面積相同的情況下，T1溫度時(shí)先達(dá)到平衡，則T1>T2，但溫度高時(shí)CO2的濃度小，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH<0。②v（N2）＝＝0.025 mol·L－1·s－1。③溫度相同，質(zhì)量相同的催化劑，表面積越小反應(yīng)速率越慢。④a項(xiàng)，只能說(shuō)明t1時(shí)正反應(yīng)速率最快，但不一定處于平衡狀態(tài)；c項(xiàng)，t1時(shí)，只能說(shuō)明n（NO）＝n（CO2），不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，不是平衡狀態(tài)。（2）①根據(jù)蓋斯定律，將兩個(gè)熱化學(xué)方程式相減可得CH4（g）＋N2O4（g）=N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－810.1 kJ·mol－1。②CO2轉(zhuǎn)變成HCOOH，碳的化合價(jià)降低，CO2被還原，即CO2發(fā)生還原反應(yīng)與H＋結(jié)合生成HCOOH。③甲酸的電離平衡為HCOOHH＋＋HCOO－，0.1 mol·L－1的HCOONa溶液中存在水解平衡：H2O＋HCOO－HCOOH＋OH－，溶液中c（HCOO－）＝（0.1－1.0×10－4）mol·L－1，c（H＋）＝10－10 mol·L－1，c（HCOOH）＝10－4 mol·L－1，故電離平衡常數(shù)Ka＝＝＝10－7 mol·L－1。