Question

【题目】雾霾天气多次肆虐我国中东部地区．其中，汽车尾气和燃煤尾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△Η0（填“＞”或“＜”），△S0（填“＞”或“＜”）
②在T1温度下，0～2s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”，“减少”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）△H=﹣867.0kJmol﹣1
2NO2（g）N2O4（g）△H=﹣56.9kJmol﹣1
写出CH4催化还原N2O4（g）生成N2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： ．

Answer 1

【答案】
（1）＜；＜；0.05mol/（L?s）；不变；bd
（2）CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），△H=﹣810.1kJ/mol；2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+；2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH
【解析】解：（1）①由图1可知，温度T1先到达平衡，故温度T1＞T2 ， 温度越高平衡时，二氧化碳的浓度越低，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，2NO（g）+2CO（g） 2CO2（g）+N2（g），反应前后气体体积减小，反应熵变△S＜0， 所以答案是：＜；＜；②由图可知，T2温度时2s到达平衡，平衡时二氧化碳的浓度变化量为0.2mol/L，故v（CO2）= =0.1mol/（Ls），速率之比等于化学计量数之比，故v（N2）= v（CO2）= ×0.1mol/（Ls）=0.05mol/（Ls），
所以答案是：0.05mol/（Ls）；③接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S1＞S2 ， S2条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，一氧化碳的转化率不变，所以答案是：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，故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，故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，故c错误；
d、NO的质量分数为定值，t1时刻处于平衡状态，故d正确；
所以答案是：bd；（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
根据盖斯定律，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，
所以答案是：CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），△H=﹣810.1kJ/mol；②由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，电极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b表面发生还原反应，为正极，电极反应式为2CO2+4e﹣+4H+═2HCOOH，
所以答案是：2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+；2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH．
【考点精析】掌握化学平衡状态本质及特征和化学平衡状态的判断是解答本题的根本，需要知道化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）；状态判断：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不变④若A、B、C、D为气体，且m+n≠x+y，压强恒定⑤体系颜色不变⑥单位时间内某物质内化学键的断裂量等于形成量⑦体系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等．