Question

2013年初，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，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，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時刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填代號)。

(2)直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴(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NO_x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)、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)K_a＝________。

Answer 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溫度時先達(dá)到平衡，則T₁>T₂，但溫度高時CO₂的濃度小，說明升高溫度平衡逆向移動，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH<0。②v(N₂)＝v(CO₂)＝×＝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，只能說明t₁時正反應(yīng)速率最快，但不一定處于平衡狀態(tài)；c項，t₁時，只能說明n(NO)＝n(CO₂)，不能說明正逆反應(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。②CO₂轉(zhuǎn)變成HCOOH，碳的化合價降低，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^－10mol·L^－1，c(HCOOH)＝10^－4mol·L^－1，故電離平衡常數(shù)K_a＝＝

＝10^－7 mol·L^－1。

答案：(1)①<　

②0.025 mol·L^－1·s^－1或0.025 mol/(L·s)

③如圖

④bd

(2)①CH₄(g)＋N₂O₄(g)===N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝－810.1 kJ/mol�、贑O₂＋2H^＋＋2e^－===HCOOH�、�10^－7mol·L^－1