Question

近年来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。有效控制空气中氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物显得尤为重要。

(1)在汽车排气管内安装催化转化器，可将汽车尾气中主要污染物转化为无毒的大气循环物质。主要原理为：2NO(g)+2CO(g)2CO₂(g)+N₂(g)。

①该反应的平衡常数表达式为______________。

②在密闭容器中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如下图1所示。据此判断该反应的△H_______0(填“>”或“<”)，在T₁温度下，0〜2 s内N₂的平均反应速率v(N₂) =________。

③将0.2mol NO和0.1mol CO充入一个容积为1L的密闭容器中，反应过程中物质浓度变化如上图2所示。第12min时改变的反应条件可能为______________。

A.升高温度    B.加入NO       C.加催化剂      D.降低温度

(2)工业上常采用“低温臭氧氧化脱硫脱硝”技术来同时吸收氮的氧化物(NO_x)）和SO₂气体，在此过程中还获得了(NH₄)₂SO₄的稀溶液。

①在(NH₄)₂SO₄溶液中，水的电离程度受到了_______(填“促进”、“抑制”或“没有影响)”

②若往(NH₄)₂SO₄溶液中加入少量稀盐酸，则值将_________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

(3)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。

①煤燃烧产生的烟气中含有氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可消除氮氧化物的污染。

已知：CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    △H=-867.0 kJ·mol^-1

2NO₂(g) N₂O₄(g)     △H = - 56.9 kJ·mol^-1

则CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(g)的热化学方程式为______________。

(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b作______极，表面发生的电极反应式为________________。

Answer

K= < 0.05 mol·L-1·s-1 D 促进 变大 CH4(g)+N2O4 (g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-810.1 kJ·mol-1 正 CO2+2e-+2H+=HCOOH

【解析】试题分析：本题以氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物的处理为载体，重点考查平衡常数的表达式、化学反应速率的计算、化学平衡的移动、盐类的水解、盖斯定律、原电池原理等知识，考查考生对原电池原理的综合分析能力和对化学平衡图像的分析能力。

解析：（1）①平衡常数是一定条件下，产物浓度的系数次方除以反应物浓度系数次方。正确答案：K= 。②从图像可以看出，T1温度反应先达到平衡状态，所以温度T1>T2，以T2为参照，温度更高（T1）时CO2的浓度较低，即升高温度，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，△H<0。0~2s内，反应生成的CO2浓度为0.2mol/L，所以v(N2)=v(CO2)/2=0.2mol/L÷2s÷2=0.05mol/（L·s）。正确答案：<、0.05mol/（L·s）。③第12s时，从图中可以读出瞬时各物质浓度都没有变化，随后NO、CO浓度减小，N2浓度增大，说明平衡正向移动。前面已经推出该反应为放热反应，所以升高温度平衡逆向移动，所以A错误；加入NO会导致第12 s时NO浓度增大，所以B错误；催化剂不影响化学平衡，所以C错误；降低温度时，12s瞬时各物质浓度不变，平衡正向移动，这些都符合图像变化趋势，D正确。正确答案：D 。（2）①(NH4)2SO4溶液中NH4+水解能够促进水的电离，正确答案：促进。②加入的HCl会抑制NH4+水解，使得溶液中NH4+浓度增大，所以 值增大。正确答案：变大。（3）①将反应Ⅰ减去反应Ⅱ得CH4(g)+ N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ，反应的焓变 △H=-867.0 kJ·mol-1-（- 56.9） kJ·mol-1=-810.1 kJ·mol-1。正确答案：CH4(g)+ N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-810.1 kJ·mol-1。②从图示可以看出，原图左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，电极a为负极，反应原理为2H2O-4e-=4H++O2↑，H+通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素被还原，电极b为正极，反应原理为CO2+2e-+2H+=HCOOH。正确答案：正、 CO2+2e-+2H+=HCOOH。

点睛：①化学平衡图像中，先达到平衡的体系必有一个条件使得化学反应速率较大。如本题中图1，图像T1温度较高。②电解池或原电池图像分析时，留意图像中箭头表达的反应物及生成物，由此可以读出反应的氧化还原关系，并进一步得到电极属性。