Question

2013年初，霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區。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)。在密閉容器中發生該反應時，c(CO₂)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線如圖所示。

據此判斷：
①該反應的ΔH________0(填“>”或“<”)
②在T₂溫度下，0～2 s內的平均反應速率v(N₂)＝______________________。
③當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率。若催化劑的表面積S₁>S₂，在上圖中畫出c(CO₂)在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線。
④若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態的是________(填代號)。


(2)直接排放煤燃燒產生的煙氣會引起嚴重的環境問題。
①煤燃燒產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。
例如：CH₄(g)＋2NO₂(g)=N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH₁＝－867 kJ/mol
2NO₂(g)??N₂O₄(g)　ΔH₂＝－56.9 kJ/mol
寫出CH₄(g)催化還原N₂O₄(g)生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(g)的熱化學方程式：________________________________________________________________________。
②將燃煤產生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的
目的。如圖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。催化劑b表面發生的電極反應式為__________________________。

③常溫下，0.1 mol·L^－1的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數K_a＝________。

Answer 1

(1)①<
②0.025 mol·L^－1·s^－1或0.025 mol/(L·s)
③如圖

④bd
(2)①CH₄(g)＋N₂O₄(g)=N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝－810.1 kJ/mol�、贑O₂＋2H^＋＋2e^－=HCOOH�、�10^－7mol·L^－1

(1)①由圖中曲線可以看出，在催化劑表面積相同的情況下，T₁溫度時先達到平衡，則T₁>T₂，但溫度高時CO₂的濃度小，說明升高溫度平衡逆向移動，該反應的正反應為放熱反應，即ΔH<0。②v(N₂)＝v(CO₂)＝×＝0.025 mol·L^－1·s^－1。③溫度相同，質量相同的催化劑，表面積越小反應速率越慢。④a項，只能說明t₁時正反應速率最快，但不一定處于平衡狀態；c項，t₁時，只能說明n(NO)＝n(CO₂)，不能說明正逆反應速率相等，不是平衡狀態。(2)①根據蓋斯定律，將兩個熱化學方程式相減可得CH₄(g)＋N₂O₄(g)=N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝－810.1 kJ/mol。②CO₂轉變成HCOOH，碳的化合價降低，CO₂被還原，即CO₂發生還原反應與H^＋結合生成HCOOH。(3)甲酸的電離平衡為HCOOH??H^＋＋HCOO^－，0.1 mol·L^－1的HCOONa溶液中存在水解平衡：H₂O＋HCOO^－??HCOOH＋OH^－，溶液中c(HCOO^－)＝(0.1－1.0×10^－4) mol·L^－1，c(H^＋)＝10^－10mol·L^－1，c(HCOOH)＝10^－4mol·L^－1，故電離平衡常數K_a＝＝＝10^－7 mol·L^－1。