Question

3．2015年霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(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） $\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂ （g）+N₂ （g）在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線，如圖1所示．

據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$．
②該反應(yīng)的△H＜0（選填“＞”、“＜”）．
③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在右圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．
（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
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol．
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是通過光電轉(zhuǎn)化原理以廉價原料制備新產(chǎn)品的示意圖．寫出上述光電轉(zhuǎn)化過程的化學(xué)反應(yīng)方程式2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂．催化劑a、b之間連接導(dǎo)線上電子流動方向是a→b（填a→b或b→a）．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，根據(jù)平衡常數(shù)的概念并結(jié)合反應(yīng)方程式反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式；
②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；
③接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時相同；
（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根據(jù)體系中進(jìn)入的物質(zhì)和得到的物質(zhì)獲得反應(yīng)物和生成物，利用氧化還原方程式的配平寫出化學(xué)方程式；根據(jù)溶液中陽離子的移動判斷電子的流向．

解答 解：（1）①2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ 2CO₂ （g）+N₂ （g）的平衡常數(shù)表達(dá)式為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，即：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$，故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$；
②由圖示可知，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：＜；
③接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線為，故答案為：；
（2）①已知：ⅠCH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
Ⅱ2NO₂（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體系中進(jìn)入的物質(zhì)為：CO₂和H₂O，則反應(yīng)物為：CO₂和H₂O，得到的物質(zhì)為：HCOOH和O₂，生成物為：HCOOH和O₂，利用氧化還原方程式的配平寫出化學(xué)方程式為：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；體系中氫離子從 a→b，則電流的方向?yàn)椋篵→a，電子的流向?yàn)椋篴→b，故答案為：2CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCOOH+O₂；a→b．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、熱化學(xué)方程式書寫、原電池、電離平衡常數(shù)與水解平衡常數(shù)等，題目綜合性較大，難度中等，是對知識的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識的理解掌握．