Question

20．汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的主要原因之一．汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$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)判斷：

（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$．
（2）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．在圖1中畫(huà)出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線．
（3）煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
寫(xiě)出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol．
（4）如圖2是通過(guò)光電轉(zhuǎn)化原理以廉價(jià)原料制備新產(chǎn)品的示意圖．寫(xiě)出上述光電轉(zhuǎn)化過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)方程式2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\(chéng);}}{\;}$2HCOOH+O₂．b電極的電反應(yīng)CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積與各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積的比值；
（2）若催化劑的表面積S₁＞S₂，由增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率，故T₂、S₂條件下到達(dá)平衡時(shí)間比T₂、S₁的時(shí)間更長(zhǎng)，但不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度不變；
（3）已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（4）由圖可知，二氧化碳與水在光照條件下轉(zhuǎn)化為HCOOH與氧氣；b電極上發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化碳獲得電子，酸性條件下得到HCOOH．

解答 解：（1）可逆反應(yīng)：2NO（g）+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g），平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$；
（2）若催化劑的表面積S₁＞S₂，由增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率，故T₂、S₂條件下到達(dá)平衡時(shí)間比T₂、S₁的時(shí)間更長(zhǎng)，但不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度不變，在圖中畫(huà)出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線為：，
故答案為：；
（3）已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol；
（3）由圖可知，二氧化碳與水在光照條件下轉(zhuǎn)化為HCOOH與氧氣，反應(yīng)方程式為：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\(chéng);}}{\;}$2HCOOH+O₂；b電極上發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化碳獲得電子，酸性條件下得到HCOOH，電極反應(yīng)式為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
故答案為：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\(chéng);}}{\;}$2HCOOH+O₂；CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)等，需要學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)分析解決問(wèn)題，難度中等．