Question

【題目】霧霾天氣多次肆虐我國(guó)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1所示． 據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的△Η0（填“＞”或“＜”），△S0（填“＞”或“＜”）
②在T1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(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若增大催化劑的表面積，則CO轉(zhuǎn)化率（填“增大”，“減少”或“不變”）
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(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是（填字母）．

（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）△H=﹣867.0kJmol﹣1
2NO2（g）N2O4（g）△H=﹣56.9kJmol﹣1
寫出CH4催化還原N2O4（g）生成N2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．圖2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．電極a、b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式分別為
a： ，
b： ．

Answer 1

【答案】
（1）＜；＜；0.05mol/（L?s）；不變；bd
（2）CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），△H=﹣810.1kJ/mol；2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+；2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH
【解析】解：（1）①由圖1可知，溫度T1先到達(dá)平衡，故溫度T1＞T2 ， 溫度越高平衡時(shí)，二氧化碳的濃度越低，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，2NO（g）+2CO（g） 2CO2（g）+N2（g），反應(yīng)前后氣體體積減小，反應(yīng)熵變△S＜0， 所以答案是：＜；＜；②由圖可知，T2溫度時(shí)2s到達(dá)平衡，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為0.2mol/L，故v（CO2）= =0.1mol/（Ls），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（N2）= v（CO2）= ×0.1mol/（Ls）=0.05mol/（Ls），
所以答案是：0.05mol/（Ls）；③接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S1＞S2 ， S2條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率不變，所以答案是：不變；④a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t1時(shí)刻V正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故b正確，
c、t1時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t1時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t1時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故d正確；
所以答案是：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
根據(jù)蓋斯定律，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，
所以答案是：CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），△H=﹣810.1kJ/mol；②由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，電極a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，電極反應(yīng)式為2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+ ， 右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極b表面發(fā)生還原反應(yīng)，為正極，電極反應(yīng)式為2CO2+4e﹣+4H+═2HCOOH，
所以答案是：2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+；2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH．
【考點(diǎn)精析】掌握化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征和化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷是解答本題的根本，需要知道化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無(wú)關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無(wú)論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）；狀態(tài)判斷：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不變④若A、B、C、D為氣體，且m+n≠x+y，壓強(qiáng)恒定⑤體系顏色不變⑥單位時(shí)間內(nèi)某物質(zhì)內(nèi)化學(xué)鍵的斷裂量等于形成量⑦體系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等．