Question

2013年初,霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)。其中,汽車(chē)尾氣和燃煤尾氣是造成霧霾天氣的原因之一。

（1）汽車(chē)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(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)此判斷:

①該反應(yīng)是　　　　反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）。 

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(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,在上圖中畫(huà)出c（CO2）在T1、S2條件下達(dá)到平衡過(guò)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(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是　　　（填代號(hào)）。 

（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(xiě)出CH4（g）催化還原N2O4（g）生成N2（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(guò)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的HCOONa溶液pH為10,則HCOO-平衡常數(shù)Kh=　　　　。

 

Answer 1

（1）①放熱（2分）　②0.025 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(yīng)方向移動(dòng),說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。②先根據(jù)圖像計(jì)算CO2的反應(yīng)速率,v（CO2）==0.05 mol/（L·s）,同一化學(xué)反應(yīng)中同一時(shí)間段內(nèi),各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)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(yīng)速率越大,故T1、S2的曲線在T1、S1的下方,催化劑對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響,故T1、S2時(shí)c（CO2）與T1、S1時(shí)相等。④反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),各物質(zhì)的反應(yīng)速率不再變化,a錯(cuò)誤;該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行,相當(dāng)于升高溫度,當(dāng)溫度不變時(shí),化學(xué)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(shí),該反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài),c錯(cuò)誤;反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再發(fā)生變化,d正確。

（2）①將第一個(gè)方程式減去第二個(gè)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(yīng)生成HCOOH,所以發(fā)生的電極反應(yīng)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。