Question

13．2013年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）$\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1所示．據(jù)此判斷：

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$K=\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（C{O_{\;}}）•{c^2}（N{O_{\;}}）}}$．
②該反應(yīng)的△H＜0（選填“＞”、“＜”）．
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，在圖1中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線．
（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^-1．
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．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{\;催化劑\;}}{\;}$2HCOOH+O₂．催化劑a、b之間連接導(dǎo)線上電子流動(dòng)方向是a→b（填a→b或b→a）．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
②根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”知，T₁＞T₂，升高溫度二氧化碳濃度降低，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)；
③增大催化劑表面積，化學(xué)反應(yīng)速率加快，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間縮短，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，則二氧化碳濃度不變；
（2）①I．CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
II.2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
將方程式I-II得方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
②根據(jù)圖知，反應(yīng)物是二氧化碳和水，生成物的甲酸和氧氣，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等配平方程式；
a上失電子、b上得電子，電子從失電子的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到得電子的物質(zhì)中．

解答 解：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，$K=\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（C{O_{\;}}）•{c^2}（N{O_{\;}}）}}$，
故答案為：$K=\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（C{O_{\;}}）•{c^2}（N{O_{\;}}）}}$；
②根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”知，T₁＞T₂，升高溫度二氧化碳濃度降低，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：＜；
③增大催化劑表面積，化學(xué)反應(yīng)速率加快，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間縮短，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，則二氧化碳濃度不變，其圖象為，
故答案為：；
（2）①I．CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
II.2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
將方程式I-II得方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-867kJ•mol^-1
）-（-56.9kJ•mol^-1）=-810.1kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ•mol^-1；
②根據(jù)圖知，反應(yīng)物是二氧化碳和水，生成物的甲酸和氧氣，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等配平方程式為2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；
a上失電子、b上得電子，電子從失電子的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到得電子的物質(zhì)中，所以電子流向?yàn)閍→b，
故答案為：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；a→b．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、蓋斯定律、化學(xué)平衡影響因素等知識(shí)點(diǎn)，明確化學(xué)反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷能力，注意：催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率不影響平衡移動(dòng)，題目難度不大．