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空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为： 。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，如右图所示。
         
据此判断：
①该反应的△H   0(填“>”、“<”)。
②在T₂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。
④若该反应在恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明该反应进行到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：

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。右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

(14分)(1)  ①<.（2分） ②  0.025mol/(L·s)（3分）.
③          （2分） ④ a  d（2分）
(2)  ① CH₄（g）＋N₂O₄（g） = N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g）= -810.1KJ/mol。（3分）
② CO₂＋2H^＋＋2e^－=HCOOH.（2分）

解析试题分析：（1）①根据图像可知在催化剂表面积相同的条件下，T1首先达到平衡状态，这说明温度是T₁大于T₂。但温度高CO₂的浓度低，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，所以正方应是放热反应，即△H小于0。
②在T₂温度下，0～2s内CO₂的浓度增加了0.1mol/L，则氮气的浓度增加了0.05molk/L，所以氮气的平均反应速率v(N₂)＝0.05mol/L÷2s＝0.025mol/(L·s)。
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。若催化剂的表面积S₁>S₂，则反应达到平衡的时间减少，但平衡状态是不变的，所以曲线是（见答案）。
④在一定条件下，当可逆反应中正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），各种物质的浓度或含量均不再发生变化的状态，是化学平衡状态，所以d可以说明。由于该反应是放热反应，所以升高温度平衡向逆反应方向移动，则氮气的浓度是降低的，所以a图像可以说明，正确；根据方程式可知CO₂和氮气的物质的量总是满足2:1的，所以b图像不能说明，b不正确；平衡时浓度不再生变化，但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系，所以选项c中不能说明，且二者的浓度是变化的，没有达到平衡状态，答案选ad。
(2)①根据盖斯定律可知，前者减去后者，即得到反应CH₄（g）＋N₂O₄（g）＝ N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g），所以该反应的反应热＝－867kJ/mol＋56.9kJ/mol＝－810.1kJ/mol。
②根据装置图可知，氢离子向b电极移动，这说明b电极是正极，得到电子，发生还原反应，所以电极反应式是CO₂＋2H^＋＋2e^－＝HCOOH。
考点：考查反应热的判断、外界条件对平衡状态的影响、平衡状态的判断、反应速率和反应热的计算以及电极反应式的书写
点评：该题是高考中的常见题型，难度大，综合性强，对学生的要求高。试题在注重对基础知识巩固和训练的同时，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，有利于培养学生的逻辑推理能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，提升学生的学科素养。