Question

13．2013年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）$\stackrel{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1所示．据此判断：

①该反应的平衡常数表达式为$K=\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（C{O_{\;}}）•{c^2}（N{O_{\;}}）}}$．
②该反应的△H＜0（选填“＞”、“＜”）．
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，在图1中画出c（CO₂）在T₂、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（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．
CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的热化学方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ•mol^-1．
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是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图．写出上述光电转化过程的化学反应方程式2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2HCOOH+O₂．催化剂a、b之间连接导线上电子流动方向是a→b（填a→b或b→a）．

Answer 1

分析 （1）①化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
②根据“先拐先平数值大”知，T₁＞T₂，升高温度二氧化碳浓度降低，说明平衡逆向移动；
③增大催化剂表面积，化学反应速率加快，反应达到平衡时间缩短，但催化剂不影响平衡移动，则二氧化碳浓度不变；
（2）①I．CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
II.2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
将方程式I-II得方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），焓变进行相应的改变；
②根据图知，反应物是二氧化碳和水，生成物的甲酸和氧气，根据转移电子相等配平方程式；
a上失电子、b上得电子，电子从失电子的物质转移到得电子的物质中．

解答 解：（1）①化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，$K=\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（C{O_{\;}}）•{c^2}（N{O_{\;}}）}}$，
故答案为：$K=\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（C{O_{\;}}）•{c^2}（N{O_{\;}}）}}$；
②根据“先拐先平数值大”知，T₁＞T₂，升高温度二氧化碳浓度降低，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；
③增大催化剂表面积，化学反应速率加快，反应达到平衡时间缩短，但催化剂不影响平衡移动，则二氧化碳浓度不变，其图象为，
故答案为：；
（2）①I．CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
II.2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1
将方程式I-II得方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-867kJ•mol^-1
）-（-56.9kJ•mol^-1）=-810.1kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ•mol^-1；
②根据图知，反应物是二氧化碳和水，生成物的甲酸和氧气，根据转移电子相等配平方程式为2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；
a上失电子、b上得电子，电子从失电子的物质转移到得电子的物质中，所以电子流向为a→b，
故答案为：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；a→b．

点评 本题考查化学平衡计算、盖斯定律、化学平衡影响因素等知识点，明确化学反应原理是解本题关键，侧重考查学生分析判断能力，注意：催化剂只改变化学反应速率不影响平衡移动，题目难度不大．