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霧霾天氣的原因之一。

（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該反應是　　　　反應（填“放熱”或“吸熱”）。 

②在T2溫度下,0～2 s內(nèi)的平均反應速率v（N2）=　　　　。 

③當固體催化劑的質(zhì)量一定時,增大其表面積可提高化學反應速率。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NOx可以消除氮氧化物的污染。

例如:CH4（g）+2NO2（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）ΔH=-867 kJ/mol

2NO2（g）N2O4（g）　ΔH=-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)生的電極反應式為　　　　　　　　。 

③常溫下,0.1 mol/L的HCOONa溶液pH為10,則HCOO-平衡常數(shù)Kh=　　　　。

 

Answer 1

（1）①放熱（2分）�、�0.025 mol/（L·s）（2分）

③

（2分）

④bd（2分）

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

（2分）

②CO2+2H++2e-HCOOH（2分）

③1.0×10-7（2分）

【解析】（1）①根據(jù)圖像知,“先拐先平數(shù)值大”得T1>T2,升高溫度,CO2的濃度降低,平衡向逆反應方向移動,說明正反應是放熱反應。②先根據(jù)圖像計算CO2的反應速率,v（CO2）==0.05 mol/（L·s）,同一化學反應中同一時間段內(nèi),各物質(zhì)的反應速率之比等于計量數(shù)之比,故v（N2）=0.025 mol/（L·s）。③催化劑接觸面積越大反應速率越大,故T1、S2的曲線在T1、S1的下方,催化劑對化學平衡無影響,故T1、S2時c（CO2）與T1、S1時相等。④反應達到平衡狀態(tài)時,各物質(zhì)的反應速率不再變化,a錯誤;該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行,相當于升高溫度,當溫度不變時,化學平衡常數(shù)不變,b正確;由圖像可知,CO2和NO物質(zhì)的量相等時,該反應未達到平衡狀態(tài),c錯誤;反應達到平衡狀態(tài)時,各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)不再發(fā)生變化,d正確。

（2）①將第一個方程式減去第二個方程式得:CH4（g）+N2O4（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）

ΔH=-810.1 kJ/mol。

②催化劑b表面上CO2得電子和H+反應生成HCOOH,所以發(fā)生的電極反應式為:CO2+2H++2e-HCOOH。

③常溫下,0.1 mol/L的HCOONa溶液的pH為10,溶液中OH-濃度為

10-4 mol/L,

由HCOO-+H2OHCOOH+OH-

起始（mol/L）0.100

平衡（mol/L）0.1-10-4≈0.110-410-4

得:Kh===1.0×10-7。