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： 。在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c(CO₂)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線，如右圖所示。
         
據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的△H   0(填“>”、“<”)。
②在T₂溫度下，0～2s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，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條件下達到平衡過程中的變化曲線。
④若該反應(yīng)在恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明該反應(yīng)進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是     (填代號) 

(2)直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(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NO_X可以消除氮氧化物的污染。
例如：

寫出CH₄ (g)催化還原N₂O₄(g)生成N₂ (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，可達到低碳排放的目的。右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         。

Answer 1

(14分)(1)  ①<.（2分） ②  0.025mol/(L·s)（3分）.
③          （2分） ④ a  d（2分）
(2)  ① CH₄（g）＋N₂O₄（g） = N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g）= -810.1KJ/mol。（3分）
② CO₂＋2H^＋＋2e^－=HCOOH.（2分）

解析試題分析：（1）①根據(jù)圖像可知在催化劑表面積相同的條件下，T1首先達到平衡狀態(tài)，這說明溫度是T₁大于T₂。但溫度高CO₂的濃度低，這說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H小于0。
②在T₂溫度下，0～2s內(nèi)CO₂的濃度增加了0.1mol/L，則氮氣的濃度增加了0.05molk/L，所以氮氣的平均反應(yīng)速率v(N₂)＝0.05mol/L÷2s＝0.025mol/(L·s)。
③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時，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，則反應(yīng)達到平衡的時間減少，但平衡狀態(tài)是不變的，所以曲線是（見答案）。
④在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)中正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），各種物質(zhì)的濃度或含量均不再發(fā)生變化的狀態(tài)，是化學(xué)平衡狀態(tài)，所以d可以說明。由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則氮氣的濃度是降低的，所以a圖像可以說明，正確；根據(jù)方程式可知CO₂和氮氣的物質(zhì)的量總是滿足2:1的，所以b圖像不能說明，b不正確；平衡時濃度不再生變化，但物質(zhì)之間的濃度不一定相等或滿足某種關(guān)系，所以選項c中不能說明，且二者的濃度是變化的，沒有達到平衡狀態(tài)，答案選ad。
(2)①根據(jù)蓋斯定律可知，前者減去后者，即得到反應(yīng)CH₄（g）＋N₂O₄（g）＝ N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g），所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱＝－867kJ/mol＋56.9kJ/mol＝－810.1kJ/mol。
②根據(jù)裝置圖可知，氫離子向b電極移動，這說明b電極是正極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式是CO₂＋2H^＋＋2e^－＝HCOOH。
考點：考查反應(yīng)熱的判斷、外界條件對平衡狀態(tài)的影響、平衡狀態(tài)的判斷、反應(yīng)速率和反應(yīng)熱的計算以及電極反應(yīng)式的書寫
點評：該題是高考中的常見題型，難度大，綜合性強，對學(xué)生的要求高。試題在注重對基礎(chǔ)知識鞏固和訓(xùn)練的同時，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力，提高學(xué)生靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。