Question

目前“低碳減排”備受關注，CO₂的產(chǎn)生及有效開發(fā)利用成為科學家研究的重要課題。

(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)生該反應時，c(CO₂)隨溫度(T)、催化劑表面積(S)和時間(I)的變化曲線如圖所示。

據(jù)此判斷:

①該反應的△H_____________0(填“>”或“<”)。

②在T₂溫度下，0-2s內(nèi)的平均反應速率v(N₂) =____________mol/(L·s)。

③當固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可增大化學反應速率。若催化劑的表面積S₁>S₂,在答題卡相應圖中畫出c(CO₂)在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線。

④若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態(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)  △H=-867kJ/mol

  2NO₂(g)=N₂O₄(g)  △H=-867kJ/mol

 寫出CH₄(g)催化還原N₂O₄(g)生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(g)的熱化學方程式:_____________________。

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

③常溫下0. 1 mol/L的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數(shù)K_a =_______________mol·L^-1(填寫最終計算結果)。

Answer 1

【知識點】化學反應速率和化學平衡、熱化學方程式書寫、原電池原理 G1  G2  F1  F3

【答案解析】（1）①<（2分）  ②0.025（2分） ③如圖（合理即可）（2分）

④bd(2分)

（2）①CH₄(g)＋N₂O₄(g)=N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H=-810.1 kJ/mol（2分）

②CO₂＋2H^＋＋2e^－=HCOOH （2分）   ③10^－7

  解析：（1）①T₁溫度下先達平衡，則T₁比T₂溫度高，通過溫度高時二氧化碳的濃度小說明升高溫度平衡逆向移動，正反應為放熱反應△H<0；  ②v(N₂) =1/2v(CO₂) ==0.025mol/(L·s)；③根據(jù)固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可增大化學反應速率，但不改變平衡狀態(tài)，平衡時二氧化碳的物質(zhì)的量濃度與原來相同，據(jù)此畫圖即可。④a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故a錯誤；b、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數(shù)減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，故b正確；c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；d、NO的質(zhì)量分數(shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故d正確；選bd；

（2）（2）①已知：Ⅰ、CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
Ⅱ、2NO₂（g）⇌N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）=-810.1kJ/mol，
即CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-810.1kJ/mol；
②由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應，為負極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
③常溫下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH為10，溶液中存在HCOO^-水解HCOO^-+H₂O⇌HCOOH+OH^-，，

【思路點撥】本題考查了化學平衡圖象、化學反應速率和化學平衡、熱化學方程式書寫、原電池、知識覆蓋面廣，平時要重視知識的理解和應用。