Question

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，如下图所示。

据此判断：

①该反应的ΔH__________0(填“＞”或“＜”)，ΔS__________0(填“＞”或“＜”)

②在T₁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。若增大催化剂的表面积，则CO转化率__________（填“增大”，“减少”或“不变”）

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________________(填字母)。

（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＝－867.0 kJ·mol^－1

2NO₂(g)N₂O₄(g) ΔH＝－56.9 kJ·mol^－1

写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂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。下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。电极a、b表面发生的电极反应式分别为

a：_________________________________________；

b：_________________________________________。

Answer

（1）①＜；＜ ②0.05mol/(L·s) ③不变 ④bd

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

② 2H2O－4e－＝O2↑＋4H+ ；2CO2+4H++4e-＝2HCOOH

【解析】

试题分析：（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。正反应是体积减小的可逆反应，则ΔS＜0。

②v(N2)＝v(CO2)＝×＝0.05 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，但催化剂不能改变平衡状态，则若增大催化剂的表面积，则CO转化率不变。

④a、从图像中看出T1温度下先达到平衡，故T1温度较高，但CO2的浓度较低，说明反应是放热反应，若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，则体系的而温度会升高，温度升高反应速率加快，但达到平衡时反应速率不变，a错误；b、温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数变小，b正确；c、达到平衡时 CO2和NO的物质的量不能再改变，c错误；d、NO的质量分数不再改变，说明反应达到了平衡，d正确，答案选bd。

（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。

②a电极产生氧气，说明氢氧根放电，电极反应式为2H2O－4e－＝O2↑＋4H+；CO2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，电极反应式为2CO2+4H++4e-＝2HCOOH。

【考点定位】本题主要是考查外界条件对电离平衡的影响、反应速率计算、平衡状态判断、盖斯定律应用及电极反应式的书写等

【名师点晴】该题考查的知识点较多，但它们难度不是很大。难点之一是平衡状态判断，判断可逆反应是否达到平衡状态时一定要抓住“变量不再发生变化”这一关键点。关于电极反应式的书写是第二个易错点，书写原电池的电极反应式时首先要判断正负极，其次要注意分析电解质溶液的性质，最后要注意交换膜的性质和特点，例如该题是阳离子交换膜，只允许氢离子通过。另外部分原电池是熔融的盐最电解质，也需要注意，例如在熔融的盐中可以传递氧离子、碳酸根离子等。