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)的变化曲线如图所示。

据此判断：

①该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)

②在T₂温度下，0～2 s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)　ΔH₁＝－867 kJ/mol

2NO₂(g)N₂O₄(g)　ΔH₂＝－56.9 kJ/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__________________________。

③常温下，0.1 mol·L^－1的HCOONa溶液pH为10，则HCOOH的电离常数K_a＝________。

Answer

(1)①<

②0.025 mol·L－1·s－1或0.025 mol/(L·s)

③如图

④bd

(2)①CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－810.1 kJ/mol ②CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH ③10－7mol·L－1

【解析】(1)①由图中曲线可以看出，在催化剂表面积相同的情况下，T1温度时先达到平衡，则T1>T2，但温度高时CO2的浓度小，说明升高温度平衡逆向移动，该反应的正反应为放热反应，即ΔH<0。②v(N2)＝v(CO2)＝×＝0.025 mol·L－1·s－1。③温度相同，质量相同的催化剂，表面积越小反应速率越慢。④a项，只能说明t1时正反应速率最快，但不一定处于平衡状态；c项，t1时，只能说明n(NO)＝n(CO2)，不能说明正逆反应速率相等，不是平衡状态。(2)①根据盖斯定律，将两个热化学方程式相减可得CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－810.1 kJ/mol。②CO2转变成HCOOH，碳的化合价降低，CO2被还原，即CO2发生还原反应与H＋结合生成HCOOH。(3)甲酸的电离平衡为HCOOHH＋＋HCOO－，0.1 mol·L－1的HCOONa溶液中存在水解平衡：H2O＋HCOO－HCOOH＋OH－，溶液中c(HCOO－)＝(0.1－1.0×10－4) mol·L－1，c(H＋)＝10－10mol·L－1，c(HCOOH)＝10－4mol·L－1，故电离平衡常数Ka＝＝＝10－7 mol·L－1。