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： 。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，如右圖所示。
         
據此判斷：
①該反應的△H   0(填“>”、“<”)。
②在T₂溫度下，0～2s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若該反應在恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明該反應進行到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：

寫出CH₄ (g)催化還原N₂O₄(g)生成N₂ (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。右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         。

Answer 1

(14分)(1)  ①<.（2分） ②  0.025mol/(L·s)（3分）.
③          （2分） ④ a  d（2分）
(2)  ① CH₄（g）＋N₂O₄（g） = N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g）= -810.1KJ/mol。（3分）
② CO₂＋2H^＋＋2e^－=HCOOH.（2分）

解析試題分析：（1）①根據圖像可知在催化劑表面積相同的條件下，T1首先達到平衡狀態，這說明溫度是T₁大于T₂。但溫度高CO₂的濃度低，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以正方應是放熱反應，即△H小于0。
②在T₂溫度下，0～2s內CO₂的濃度增加了0.1mol/L，則氮氣的濃度增加了0.05molk/L，所以氮氣的平均反應速率v(N₂)＝0.05mol/L÷2s＝0.025mol/(L·s)。
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，則反應達到平衡的時間減少，但平衡狀態是不變的，所以曲線是（見答案）。
④在一定條件下，當可逆反應中正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），各種物質的濃度或含量均不再發生變化的狀態，是化學平衡狀態，所以d可以說明。由于該反應是放熱反應，所以升高溫度平衡向逆反應方向移動，則氮氣的濃度是降低的，所以a圖像可以說明，正確；根據方程式可知CO₂和氮氣的物質的量總是滿足2:1的，所以b圖像不能說明，b不正確；平衡時濃度不再生變化，但物質之間的濃度不一定相等或滿足某種關系，所以選項c中不能說明，且二者的濃度是變化的，沒有達到平衡狀態，答案選ad。
(2)①根據蓋斯定律可知，前者減去后者，即得到反應CH₄（g）＋N₂O₄（g）＝ N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g），所以該反應的反應熱＝－867kJ/mol＋56.9kJ/mol＝－810.1kJ/mol。
②根據裝置圖可知，氫離子向b電極移動，這說明b電極是正極，得到電子，發生還原反應，所以電極反應式是CO₂＋2H^＋＋2e^－＝HCOOH。
考點：考查反應熱的判斷、外界條件對平衡狀態的影響、平衡狀態的判斷、反應速率和反應熱的計算以及電極反應式的書寫
點評：該題是高考中的常見題型，難度大，綜合性強，對學生的要求高。試題在注重對基礎知識鞏固和訓練的同時，側重對學生能力的培養和解題方法的指導與訓練，有利于培養學生的邏輯推理能力，提高學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，提升學生的學科素養。