题目内容
【题目】雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中汽车尾气和燃煤废气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线,如图1所示。
据此判断:
①该反应的ΔH____0(填“>”或“<”)。
②在T1温度下,0～2 s内的平均反应速率v(N2)=___________。
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若增大催化剂的表面积,则CO转化率____(填“增大”“减小”或“不变”)。
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是____(填字母)。
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原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=-867.0 kJ/mol
2NO2(g)
N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ/mol
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2、CO2和H2O(g)的热化学方程式:_________________。
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。图2是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极a、b表面发生的电极反应式分别为
a:________________________________________________,
b:________________________________________________。
【答案】 ＜ 0.05mol/(L·s) 不变 bd CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJ·mol－1 2H2O－4e－=O2↑＋4H＋ 2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH
【解析】（1）①根据图象知，“先拐先平数值大”得T1大于T2，升高温度，二氧化碳的浓度降低，平衡向逆反应方向移动，说明正反应是放热反应，即△H＜0；②在T1温度下，0～2 s内生成二氧化碳是0.2mol/L，根据方程式可知生成氮气是0.1mol/L，所以反应的平均反应速率v(N2)=0.1mol/L÷2s＝0.05mol/(L·s)；③催化剂只能同等程度改变正逆反应速率，不能改变平衡状态，所以增大催化剂的表面积CO转化率不变；④a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t1时刻V正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，a错误；b、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，b正确；c、t1时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t1时刻未到达平衡状态，c错误；d、NO的质量分数为定值，t1时刻处于平衡状态，d正确；答案选bd；
（2）①已知：Ⅰ、CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867.0kJ/mol
Ⅱ、2NO2（g）
N2O4（g）△H=-56.9kJ/mol
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ即可得到热化学方程式CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJ·mol－1；②由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应式为2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH。
