Question

【題目】目前“低碳減排”備受關(guān)注，CO2的產(chǎn)生及有效開發(fā)利用成為科學(xué)家研究的重要課題．
（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，c（CO2）隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（I）的變化曲線如圖所示．據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的△H0（填“＞”或“＜”）．
②在T2溫度下，0﹣2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N2）=mol/（Ls）．
③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明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時刻達(dá)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(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=﹣867kJmol﹣1
2NO2（g）═N2O4（g）△H=﹣56.9kJmol﹣1
寫出CH4（g）催化還原N2O4（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．如圖是通過人工光合作用，以CO2（g）和H2O（g）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)為 ．

③常溫下0.1molL﹣1的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數(shù)Ka=molL﹣1（填寫最終計算結(jié)果）．

Answer 1

【答案】
（1）＜；0.025；bd
（2）CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），△H=﹣810.1kJ/mol；2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH；10﹣7
【解析】（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，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：＜；②由圖可知，T2溫度時2s到達(dá)平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.2mol/L，故v（CO2）= =0.05mol/（Ls），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（N2）= v（CO2）= ×0.05mol/（Ls）=0.025mol/（Ls），故答案為：0.025mol/（Ls）；③a．到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t1時刻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時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t1時刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯誤；d．NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t1時刻處于平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：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，故答案為：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，故答案為：2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH；③常溫下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH為10，溶液中存在HCOO﹣水解HCOO﹣+H2OHCOOH+OH﹣ ， 故Kh= =10﹣7 ， 則HCOOH的電離常數(shù)Ka= = =10﹣7 ， 故答案為：10﹣7 ．
（1）①根據(jù)到達(dá)平衡的時間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時二氧化碳的濃度判斷溫度對平衡的影響，進(jìn)而判斷△H；②由圖可知，T2溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v= 計算v（CO2），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（N2）；③A．到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；B．到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響；C．t1時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；D．到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；（2）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；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，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；③計算水解平衡常數(shù)Kh，再根據(jù)Ka= 計算．