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NOx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－1

2NO2（g）N2O4（g）　ΔH2＝－56.9 kJ·mol－1

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Ka＝________。

Answer

（1）①< ②0.025 mol·L－1·s－1 ③如图

④bd

（2）①CH4（g）＋N2O4（g）=N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－810.1 kJ·mol－1

②CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH

③10－7 mol·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）＝＝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－1。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HCOOHH＋＋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＋）＝10－10 mol·L－1，c（HCOOH）＝10－4 mol·L－1，故电离平衡常数Ka＝＝＝10－7 mol·L－1。