Question

2013年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該反應的平衡常數表達式為   。
②該反應的ΔH   0（選填“＞”、“＜”）。
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，在圖中畫出c(CO₂)在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線。
（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NO_x可以消除氮氧化物的污
染。
CH₄(g)＋2NO₂(g) = N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) =－867kJ·mol^－1
2NO₂(g)  N₂O₄(g)                    =－56.9kJ·mol^－1
寫出CH₄催化還原N₂O₄(g)生成N₂(g)、CO₂(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。下圖是通過光電轉化原理以廉價原料制備新產品的示意圖。寫出上述光電轉化過程的化學反應方程式                     。催化劑a、b之間連接導線上電子流動方向是        (填a→b或b→a) 。

Answer 1

（1）①（2分）    ②＜（1分）
③（2分）[起點在原點0處（給1分），達到平衡的時間遲于“T₂、S₁”曲線的平衡點（給1分）

（2）① CH₄(g)＋N₂O₄(g) = N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) =－810.1 kJ·mol^－1（2分）
②2CO₂＋2H₂O2HCOOH+O₂（2分）  a→b （2分）

試題分析：（1）②反應圖像得出TI曲線反應速率快，溫度高，其二氧化碳含量低，反應放熱；③表面積越大反應速率越快，但催化劑不改變平衡濃度，平衡時二氧化碳濃度相同；（2）①方程式1減方程式2得CH₄(g)＋N₂O₄(g) = N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) =－810.1 kJ·mol^－1；②從電池示意圖得出反應物為水和二氧化碳，生成物為甲酸和氧氣；水在催化劑a失去電子生成氧氣，a為負極，電子流動方向a→b。