Question

【題目】2016年冬季，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，如下圖所示。

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，在上圖中畫出c(CO2)在T1、S2條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線。

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

2NO2(g) N2O4(g) ΔH2＝－56.9 kJ/mol

寫出CH4(g)催化還原N2O4(g)生成N2(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。下圖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。催化劑b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為__________________________。

Answer 1

【答案】(1)①< ②0.025 mol·(L·s)－1

③

④bd

(2)①CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－810.1 kJ/mol

②CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH

【解析】(1)①根據(jù)圖像，“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(yīng)方向移動(dòng)，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即ΔH<0。②先根據(jù)圖像計(jì)算二氧化碳的反應(yīng)速率，v(CO2)＝＝0.05 mol·(L·s)－1，同一化學(xué)反應(yīng)中同一時(shí)間段內(nèi)，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，所以v(N2)＝0.025 mol·(L·s)－1。③溫度越高反應(yīng)速率越大，催化劑接觸面積越大反應(yīng)速率越大，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間越短。④反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的反應(yīng)速率不再變化，故a錯(cuò)誤；該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，當(dāng)溫度不變時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)不變，故b正確；二氧化碳和一氧化氮的物質(zhì)的量相等時(shí)，該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再發(fā)生變化，故d正確。

(2)①將第一個(gè)方程式減第二個(gè)方程式得：CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－810.1 kJ/mol。②催化劑b表面上二氧化碳得電子和氫離子反應(yīng)生成甲酸，所以發(fā)生的電極反應(yīng)式為：CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH。