Question

2013年初，霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)。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(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時(shí)間(t)的變化曲線如圖所示。

據(jù)此判斷：

①該反應(yīng)的ΔH________0(填“>”或“<”)

②在T2溫度下，0～2 s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)＝______________________。

③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)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(dá)到平衡過程中的變化曲線。

④若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填代號)。

(2)直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。

①煤燃燒產(chǎn)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)、CO2(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。

②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的

目的。如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(fā)生的電極反應(yīng)式為__________________________。

③常溫下，0.1 mol·L－1的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數(shù)Ka＝________。

 

Answer 1

【答案】

(1)①<

②0.025 mol·L－1·s－1或0.025 mol/(L·s)

③如圖

④bd

(2)①CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－810.1 kJ/mol　②CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH　③10－7mol·L－1

【解析】(1)①由圖中曲線可以看出，在催化劑表面積相同的情況下，T1溫度時(shí)先達(dá)到平衡，則T1>T2，但溫度高時(shí)CO2的濃度小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH<0。②v(N2)＝v(CO2)＝×＝0.025 mol·L－1·s－1。③溫度相同，質(zhì)量相同的催化劑，表面積越小反應(yīng)速率越慢。④a項(xiàng)，只能說明t1時(shí)正反應(yīng)速率最快，但不一定處于平衡狀態(tài)；c項(xiàng)，t1時(shí)，只能說明n(NO)＝n(CO2)，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不是平衡狀態(tài)。(2)①根據(jù)蓋斯定律，將兩個(gè)熱化學(xué)方程式相減可得CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－810.1 kJ/mol。②CO2轉(zhuǎn)變成HCOOH，碳的化合價(jià)降低，CO2被還原，即CO2發(fā)生還原反應(yīng)與H＋結(jié)合生成HCOOH。(3)甲酸的電離平衡為HCOOH??H＋＋HCOO－，0.1 mol·L－1的HCOONa溶液中存在水解平衡：H2O＋HCOO－??HCOOH＋OH－，溶液中c(HCOO－)＝(0.1－1.0×10－4) mol·L－1，c(H＋)＝10－10mol·L－1，c(HCOOH)＝10－4mol·L－1，故電離平衡常數(shù)Ka＝＝＝10－7 mol·L－1。