Question

目前“低碳减排”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。

(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)、催化剂表面积(S)和时间(I)的变化曲线如图所示。

据此判断:

①该反应的△H_____________0(填“>”或“<”)。

②在T₂温度下，0-2s内的平均反应速率v(N₂) =____________mol/(L·s)。

③当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可增大化学反应速率。若催化剂的表面积S₁>S₂,在答题卡相应图中画出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=-867kJ/mol

 写出CH₄(g)催化还原N₂O₄(g)生成N₂(g)、CO₂(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(g)和H₂O(g)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为_________________。

③常温下0. 1 mol/L的HCOONa溶液pH为10，则HCOOH的电离常数K_a =_______________mol·L^-1(填写最终计算结果)。

Answer 1

【知识点】化学反应速率和化学平衡、热化学方程式书写、原电池原理 G1  G2  F1  F3

【答案解析】（1）①<（2分）  ②0.025（2分） ③如图（合理即可）（2分）

④bd(2分)

（2）①CH₄(g)＋N₂O₄(g)=N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H=-810.1 kJ/mol（2分）

②CO₂＋2H^＋＋2e^－=HCOOH （2分）   ③10^－7

  解析：（1）①T₁温度下先达平衡，则T₁比T₂温度高，通过温度高时二氧化碳的浓度小说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应△H<0；  ②v(N₂) =1/2v(CO₂) ==0.025mol/(L·s)；③根据固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可增大化学反应速率，但不改变平衡状态，平衡时二氧化碳的物质的量浓度与原来相同，据此画图即可。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；选bd；

（2）（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；
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；
③常温下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH为10，溶液中存在HCOO^-水解HCOO^-+H₂O⇌HCOOH+OH^-，，

【思路点拨】本题考查了化学平衡图象、化学反应速率和化学平衡、热化学方程式书写、原电池、知识覆盖面广，平时要重视知识的理解和应用。