Question

2013年初，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雾霾天气的原因之一．
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO（g）+2CO（g）

催化剂

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，如图所示．

据此判断：
①该反应是

 

反应（填“放热”或“吸热”）．
②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．若催化剂的表面积S₁＞S₂，在上图中画出c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
③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

 

（填代号）．

（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=-56.9kJ/mol
写出CH₄（g）催化还原N₂O₄（g）生成N₂（g）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．如图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．催化剂b表面发生的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学电源新型电池

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①先比较T₁和T₂，结合图象中c（CO₂）的大小判断热效应；
②催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂反应速率比S₁小，催化剂不影响化学平衡的移动；
③a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
b、到达平衡后，温度为定值，平衡常数不变，结合反应热判断随反应进行容器内温度变化，判断温度对化学平衡常数的影响；
c、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，最后不再变化；
d、到达平衡后各组分的含量不发生变化；
（2）①根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式；
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，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH．

解答： 解：（1）①图象中T₁先达平衡，即T₁＞T₂，由于T₁中c（CO₂）较小，即温度升高，化学平衡向逆反应方向移动，为放热反应，
故答案为：放热；
②催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂反应速率比S₁小，即达到平衡所需时间长，由于催化剂不影响化学平衡的移动，达平衡状态时，与T₂、S₁条件下相同，其图象为：
；
故答案为：；
③a、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；
故答案为：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，
故答案为：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，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应式为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
故答案为：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．

点评：本题考查化学平衡图象、影响化学平衡的因素、热化学方程式书写、原电池原理的应用等，题目综合性较大，难度中等，是对知识的综合利用、注意基础知识的理解掌握．