Question

【题目】雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在密闭容器中发生该反应时

，c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如图所示。

据此判断:

①该反应的温度T2____ T1 (填“>”或“<”)。

②在T1温度下，0～2 s内的平均反应速率v(N2)=___________。

③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若增大催化剂的表面积,则CO转化率__ (填“增大”“减小”或“不变”)。

④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是____(填字母)。

a b c

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。

①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原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

写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2、CO2和H2O(g)的热化学方程式:_________________。

②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极a、b表面发生的电极反应式分别为a:____________________,

b:___________________________________。

Answer 1

【答案】＜0.05mol/(L·s)不变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，温度高，由图1可知，温度T1先到达平衡，因此该反应的温度T2<T1；综上所述，本题答案是：＜。

②由图可知，T1温度时2s到达平衡，平衡时二氧化碳的浓度变化量为0.2mol/L，故v（CO2）=0.2/2=0.1mol/（L·s），速率之比等于化学计量数之比，故v（N2）=1/2v（CO2）=1/2×0.1mol/（L·s）=0.05mol/（L·s）；综上所述，本题答案是：0.05mol/(L·s)。

③接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S1＞S2，S2条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，一氧化碳的转化率不变；综上所述，本题答案是：不变。

④a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t1时刻V正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；

b、t1时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t1时刻未到达平衡状态，故b错误；

c、NO的质量分数为定值，t1时刻处于平衡状态，故c正确；

综上所述，本题选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；根据盖斯定律，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；综上所述，本题答案是：CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJ·mol－1。

②由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，电极a表面发生氧化反应，为负极，电极反应式为2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极b表面发生还原反应，为正极，电极反应式为2CO2+4e﹣+4H+═2HCOOH；综上所述，本题答案是：2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+；2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH。