Question

近年来，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1所示

据此判断：

①在T₁温度下，0-2s内的平均反应速率v(N₂)= _________mol/(L·s)

②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”“减少”或“不变”)。

③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t、时刻达到平衡状态的是_________(填字母)

（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=- 867.0kJ/mol

2NO₂(g) N₂O₄(g) △H=一56.9kJ/mol

写出CH₄催化还原N₂O₄ (g)生成N₂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。图2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。

b电极上发生的电极反应式为_________。

Answer

⑴①0.05；②不变；③bd

⑵①CH4(g)+N2O4(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=﹣810.1kJ/mol；

②CO2+2H++2e﹣= HCOOH；

【解析】

试题分析：（1）①由图可知，T2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)==0.1mol/(L•s)，速率之比等于化学计量数之比，故v(N2)=v(CO2)=×0.1mol/(L•s)=0.05mol/(L•s)，故答案为：0.05；

②当的质量一定时，增大固体催化剂表面积可提高化学反应速率，但不影响化学平衡，则CO转化率不变，故答案为：不变；

③a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t1时刻V正最大，之后速率减小，故a错误；b、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故b正确；c、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c错误；d、t1时刻，N2的质量分数为定值，处于平衡状态，图象与实际符合，故d正确；故选bd；

（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，

故答案为：CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，△H=-810.1kJ/mol；

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，故答案为：CO2+2H++2e-=HCOOH。

【考点定位】考查化学平衡的计算；热化学方程式；原电池和电解池的工作原理

【名师点晴】本题考查化学平衡图象、化学反应速率、影响化学平衡的因素、热化学方程式书写、原电池、电离平衡常数与水解平衡常数等，题目综合性较大，是对知识的综合利用、注意基础知识的理解掌握。掌握原电池中电极反应式的书写方法：①先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失；②注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存；③若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，电极反应式中不能出现H+，且水必须写入正极反应式中，与O2结合生成OH-，若电解质溶液为酸性，电极反应式中不能出现OH－，且H+必须写入正极反应式中，与O2结合生成水；④正负极反应式相加(电子守恒)得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。