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雾霾天气的原因之一。

（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该反应是　　　　反应（填“放热”或“吸热”）。 

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）ΔH=-867 kJ/mol

2NO₂（g）N₂O₄（g）　ΔH=-56.9 kJ/mol

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。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的HCOONa溶液pH为10,则HCOO^-平衡常数K_h=　　　　。

Answer

（1）①放热（2分） ②0.025 mol/（L·s）（2分）

③

（2分）

④bd（2分）

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

（2分）

②CO2+2H++2e-HCOOH（2分）

③1.0×10-7（2分）

【解析】（1）①根据图像知,“先拐先平数值大”得T1>T2,升高温度,CO2的浓度降低,平衡向逆反应方向移动,说明正反应是放热反应。②先根据图像计算CO2的反应速率,v（CO2）==0.05 mol/（L·s）,同一化学反应中同一时间段内,各物质的反应速率之比等于计量数之比,故v（N2）=0.025 mol/（L·s）。③催化剂接触面积越大反应速率越大,故T1、S2的曲线在T1、S1的下方,催化剂对化学平衡无影响,故T1、S2时c（CO2）与T1、S1时相等。④反应达到平衡状态时,各物质的反应速率不再变化,a错误;该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,相当于升高温度,当温度不变时,化学平衡常数不变,b正确;由图像可知,CO2和NO物质的量相等时,该反应未达到平衡状态,c错误;反应达到平衡状态时,各物质的质量分数不再发生变化,d正确。

（2）①将第一个方程式减去第二个方程式得:CH4（g）+N2O4（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）

ΔH=-810.1 kJ/mol。

②催化剂b表面上CO2得电子和H+反应生成HCOOH,所以发生的电极反应式为:CO2+2H++2e-HCOOH。

③常温下,0.1 mol/L的HCOONa溶液的pH为10,溶液中OH-浓度为

10-4 mol/L,

由HCOO-+H2OHCOOH+OH-

起始（mol/L）0.100

平衡（mol/L）0.1-10-4≈0.110-410-4

得:Kh===1.0×10-7。