Question

【題目】2016年冬季，霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區。其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一。

(1)汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g)。在密閉容器中發生該反應時，c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線，如下圖所示。

據此判斷：

①該反應的ΔH________0(填“>”或“<”)。

②在T2溫度下，0～2 s內的平均反應速率v(N2)________。

③當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率。若催化劑的表面積S1>S2，在上圖中畫出c(CO2)在T1、S2條件下達到平衡過程中的變化曲線。

④若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態的是________(填代號)。

(2)直接排放煤燃燒產生的煙氣會引起嚴重的環境問題。

①煤燃燒產生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原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

2NO2(g) N2O4(g) ΔH2＝－56.9 kJ/mol

寫出CH4(g)催化還原N2O4(g)生成N2(g)和H2O(g)的熱化學方程式：_______________________

②將燃煤產生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的。下圖是通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。催化劑b表面發生的電極反應式為__________________________。

Answer 1

【答案】(1)①< ②0.025 mol·(L·s)－1

③

④bd

(2)①CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－810.1 kJ/mol

②CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH

【解析】(1)①根據圖像，“先拐先平數值大”得T1大于T2。升高溫度，二氧化碳的濃度降低，平衡向逆反應方向移動，說明正反應是放熱反應，即ΔH<0。②先根據圖像計算二氧化碳的反應速率，v(CO2)＝＝0.05 mol·(L·s)－1，同一化學反應中同一時間段內，各物質的反應速率之比等于計量數之比，所以v(N2)＝0.025 mol·(L·s)－1。③溫度越高反應速率越大，催化劑接觸面積越大反應速率越大，反應到達平衡的時間越短。④反應達到平衡狀態時，各物質的反應速率不再變化，故a錯誤；該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，隨反應進行溫度升高，當溫度不變時，化學平衡常數不變，故b正確；二氧化碳和一氧化氮的物質的量相等時，該反應不一定達到平衡狀態，故c錯誤；反應達到平衡狀態時，各物質的質量分數不再發生變化，故d正確。

(2)①將第一個方程式減第二個方程式得：CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－810.1 kJ/mol。②催化劑b表面上二氧化碳得電子和氫離子反應生成甲酸，所以發生的電極反應式為：CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH。