Question

7．近年来雾霾天气多次肆虐我国中东部地区，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一．有效控制空气中氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物显得尤为重要．
（1）在汽车排气管内安装催化转化器，可将汽车尾气中主要污染物转化为无毒的大气循环物质．主要原理为：2NO（g）+2CO（g）?_加热^催化剂2CO₂（g）+N₂（g）．
①该反应的平衡常数表达式为$K=\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$．
②在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）和时间（t）的变化曲线如图1所示．据此判断该反应的△H＜ 0（填“＞”或“＜”），在T₁温度下，0〜2s内N₂的平均反应速率v（N₂）=0.05mol/（L•s）．

③将0.2mol NO和0.1mol CO充入一个容积为1L的密闭容器中，反应过程中物质浓度变化如图2所示．第12min时改变的反应条件可能为D．
A．升高温度B．加入NO       C．加催化剂      D．降低温度
（2）工业上常采用“低温臭氧氧化脱硫脱硝”技术来同时吸收氮的氧化物（NOx））和SO2气体，在此过程中还获得了（NH₄）₂SO₄的稀溶液．
①在（NH₄）₂SO₄溶液中，水的电离程度受到了促进 （填“促进”、“抑制”或“没有影响）”
②若往（NH₄）₂SO₄溶液中加入少量稀盐酸，则$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（S{{O}_{4}^{2-}}^{\;}）}$值将变大  （填“变大”、“变小”或“不变”）．
（3）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题．
①煤燃烧产生的烟气中含有氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可消除氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867.0KJ•mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9KJ•mol^-1
则CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（g）的热化学方程式为CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol．
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的．图3是通过人工光合作用，以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图．电极b作正 极，表面发生的电极反应式为CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH．

Answer 1

分析 （1）①反应的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）?_加热^催化剂2CO₂（g）+N₂（g），均为气体参与的反应，据此写出反应的平衡常数的表达式；
②密闭容器中发生发生反应：2NO（g）+2CO（g）?_加热^催化剂2CO₂（g）+N₂（g），根据图象判断，温度升高，化学反应速率加快，反应先出现平衡，则温度T₁＞T₂，温度升高，平衡时CO₂的浓度降低，表明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，根据化学反应的平均速率公式$\overline{r}（C{O}_{2}）=\frac{△c（C{O}_{2}）}{△t}$计算CO₂的反应平均速率，由化学反应速率之比等于化学计量数之比计算N₂的平均反应速率；
③将0.2mol NO和0.1mol CO充入一个容积为1L的密闭容器中，反应先建立平衡，到达12min时，改变条件，破坏原化学平衡，根据图象分析，此时NO，CO的浓度下降，N₂浓度上升，据此逐项分析判断；
（2）①在（NH₄）₂SO₄溶液中，NH₄⁺水解使溶液显碱性，盐类水解可以促进水的电离；
②若往（NH₄）₂SO₄溶液中加入少量稀盐酸，可以抑制盐类水解，使水解平衡向逆反应方向移动；
（3）①CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（g）的化学方程式为：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），该反应可由已知热效应的化学反应方程式推导，根据盖斯定律计算该反应的焓变；
②以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂，根据原理图分析，电极b处CO₂转化为HCOOH，该过程中C的化合价降低，得到电子，做原电池的正极，同时得到H⁺参加反应，据此写出电极反应式．

解答 解：（1）①反应的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）?_加热^催化剂2CO₂（g）+N₂（g），均为气体参与的反应，则反应的平衡常数表达式为：$K=\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$，
故答案为：$K=\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$；
②密闭容器中发生发生反应：2NO（g）+2CO（g）?_加热^催化剂2CO₂（g）+N₂（g），根据图象判断，温度升高，化学反应速率加快，反应先出现平衡，则温度T₁＞T₂，温度升高，平衡时CO₂的浓度降低，表明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，则该反应的△H＜0，
在T₁温度下，0〜2s内，反应经历的时间△t=2s，根据图象，过程中CO₂的浓度改变量为△c（CO₂）=0.2mol/L，则CO₂的化学反应平均速率为$\overline{r}（C{O}_{2}）=\frac{△c（C{O}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.2mol/L}{2s}$=0.1mol/（L•s），由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则v（N₂）=$\frac{1}{2}\overline{r}（C{O}_{2}）$=0.05mol/（L•s），
故答案为：＜；0.05mol/（L•s）；
③将0.2mol NO和0.1mol CO充入一个容积为1L的密闭容器中，反应先建立平衡，到达12min时，改变条件，破坏原化学平衡，根据图象分析，此时NO，CO的浓度下降，N₂浓度上升，反应为放热反应，且是一个气体分子数减少的反应，降低温度，增大压强，均有利于化学平衡向正反应方向移动，
A．升高温度，则化学平衡向逆反应方向移动，NO和CO的浓度会上升，与图象不符，故A错误；
B．加入NO，则NO的浓度会增加，不是与之前的浓度相连，与图象不符合，故B错误；
C．催化剂只能加快反应速率，并不能改变化学平衡，故C错误；
D．降低温度，化学平衡向正反应方向移动，与图象符合，故D正确，
故答案为：D；
（2）①在（NH₄）₂SO₄溶液中，NH₄⁺水解使溶液显碱性，盐类水解可以促进水的电离，
故答案为：促进；
②若往（NH₄）₂SO₄溶液中加入少量稀盐酸，可以抑制盐类水解，使水解平衡向逆反应方向移动，溶液中相对而言，c（NH₄⁺）增大，则$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（S{O}_{4}^{2-}）}$增大，
故答案为：变大；
（3）①已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867.0kJ/mol，
                      ②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol，
CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（g）的化学方程式为：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），该反应可由①-②得到，根据盖斯定律，该反应的焓变△H=△H₁-△H₂=-867.0-（-56.9）=-810.1kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol；
②以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂，根据原理图分析，电极b处CO₂转化为HCOOH，该过程中C的化合价降低，得到电子，做原电池的正极，同时得到H⁺参加反应，则表面发生的电极反应式为CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH，
故答案为：正；CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH．

点评 本题主要考查化学原理部分知识，包含化学平衡常数表达式的书写，化学平衡的移动，化学反应速率的计算，盐类水解知识，热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，电化学原理，电极反应式的书写，题目难度中等，考察综合能力，为高频考点．