Question

2015年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该反应的平衡常数表达式为                   。

②该反应的ΔH           0（选填“＞”、“＜”）。

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。若催化剂的表面积S₁＞S₂，在右图中画出c(CO₂)在T₂、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线。

（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NO_x可以消除氮氧化物的污染。

CH₄(g)＋2NO₂(g) = N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H =－867kJ·mol^－1

2NO₂(g) N₂O₄(g)   △H =－56.9kJ·mol^－1

写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂(g)、CO₂(g)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。下图是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图。

写出上述光电转化过程的化学反应方程式             。催化剂a、b之间连接导线上电子流动方向是        (填a→b或b→a)。

Answer

（1）① ②＜

③

（2）①CH4(g)＋N2O4(g) = N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H =－810.1 kJ·mol－1

②2CO2＋2H2O 光照 2HCOOH+O2 a→b

【解析】

试题分析：（1）题中平衡常数表达式为：；由图可知，T1达到平衡比较快。所以应该是T1大于T2。而T2生成的二氧化碳的量比较大，说明降低温度反应反应向正反应反向进行，所以正反应方向为放热反应。即ΔH小于零；催化剂的表面积S1＞S2，画出c(CO2)在T2、S2条件下达到平衡过程中反应速率比T1、S2要小，c(CO2)平衡浓度与T2、S1相同，所以图为：

（2）将反应CH4(g)＋2NO2(g) = N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H =－867kJ·mol－1减去反应2NO2(g) N2O4(g)△H =－56.9kJ·mol－1即可得到：

CH4(g)＋N2O4(g) = N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H =－810.1 kJ·mol－1；

根据物料守恒能得到总反应方程式：②2CO2＋2H2O 光照 2HCOOH+O2

左边水电离出的氢氧根离子失去电子，电子从该极流出，催化剂a、b之间连接导线上电子流动方向是a→b。

考点：化学平衡，盖斯定律，电化学综合应用