Question

【題目】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，如圖所示。

據此判斷:

①該反應的溫度T2____ T1 (填“>”或“<”)。

②在T1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。若增大催化劑的表面積,則CO轉化率__ (填“增大”“減小”或“不變”)。

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____(填字母)。

a b c

（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) ΔH=-867.0 kJ/mol

2NO2(g) N2O4(g)　ΔH=-56.9 kJ/mol

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2、CO2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。電極a、b表面發生的電極反應式分別為a:____________________,

b:___________________________________。

Answer 1

【答案】＜0.05mol/(L·s)不變cH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJ·mol－12H2O－4e－=O2↑＋4H＋2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH

【解析】

（1）①先拐先平，溫度高，由圖1可知，溫度T1先到達平衡，因此該反應的溫度T2<T1；綜上所述，本題答案是：＜。

②由圖可知，T1溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.2mol/L，故v（CO2）=0.2/2=0.1mol/（L·s），速率之比等于化學計量數之比，故v（N2）=1/2v（CO2）=1/2×0.1mol/（L·s）=0.05mol/（L·s）；綜上所述，本題答案是：0.05mol/(L·s)。

③接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S1＞S2，S2條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，一氧化碳的轉化率不變；綜上所述，本題答案是：不變。

④a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t1時刻V正最大，之后隨反應進行速率發生變化，未到達平衡，故a錯誤；

b、t1時刻后二氧化碳、NO的物質的量發生變化，t1時刻未到達平衡狀態，故b錯誤；

c、NO的質量分數為定值，t1時刻處于平衡狀態，故c正確；

綜上所述，本題選c。

（2）①已知：Ⅰ、CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=﹣867kJ/mol，Ⅱ、2NO2（g）N2O4（g）△H2=﹣56.9kJ/mol；根據蓋斯定律，Ⅰ﹣Ⅱ得CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），故△H=﹣867kJ/mol﹣（﹣56.9kJ/mol）=﹣810.1kJ/mol，即CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），△H=﹣810.1kJ/mol；綜上所述，本題答案是：CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJ·mol－1。

②由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，電極a表面發生氧化反應，為負極，電極反應式為2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極b表面發生還原反應，為正極，電極反應式為2CO2+4e﹣+4H+═2HCOOH；綜上所述，本題答案是：2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+；2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH。