Question

1．燃煤和汽車產(chǎn)生的氮氧化物、碳氧化物是造成空氣污染的重要原因．依據(jù)信息回答下列問題．
I．用CH₄催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．己知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃
（1）△H₃=CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
Ⅱ．汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0 
（2）若該反應(yīng)在恒溫、恒壓的密閉體系中進行，下列敘述能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是ac．
a．容器總體積不再改變      b．n（NO）=n（CO₂）    c．v_正（CO）=v_逆（CO₂）
（3）在一定溫度下，向2L的恒容密閉容器中充入O．lmol NO和0.3molCO，如圖1為容器內(nèi)的壓強（P）與起始壓強（P${\;}_{{\;}_{0}}$）的比值（$\frac{P}{{P}_{0}}$）隨時間的變化曲線．
①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K表達式為$\frac{{C}^{2}（C{O}_{2}）•C（{N}_{2}）}{{C}^{2}（NO）•{C}^{2}（CO）}$；
②0～5min內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.003mol/（L•min）；
③若13min時，向該容器中再充入0.06molCO，15min時再次達到平衡，此時容器內(nèi)$\frac{P}{{P}_{0}}$的比值應(yīng)在圖1中A點的下方 （填“上方”、“重合”或“下方”）
Ⅲ．將燃煤產(chǎn)生的CO₂回收利用．也可達到低碳排放的目的． 
（4）如圖2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(fā)生的電極反應(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．常溫下.0.1mol/L 的HCOONa 溶液pH為9，則HCOOH的電離常數(shù)K_a=10^-7．

Answer 1

分析 （1）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律③=$\frac{①+②}{2}$，
可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ•mol^-1=867kJ•mol^-1，以此解答該題；
（2）當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，進行分析解答該題；
（3）①根據(jù)反應(yīng)方程式可以寫出平衡常數(shù)表達式；②根據(jù)反應(yīng)前后壓強的變化可以求算出N₂物質(zhì)的量的變化，運用化學(xué)反應(yīng)速率求算公式據(jù)算出結(jié)果；③根據(jù)13min鐘時壓強為起始時的0.9可以推算此時容器內(nèi)的氣體總的物質(zhì)的量，再通入0.06molCO可推出壓強為起始時的1.05倍，根據(jù)平衡移動原理可以得出結(jié)論；
（4）由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑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；計算水解平衡常數(shù)Kh，再根據(jù)Ka=$\frac{{K}_{W}}{{K}_{h}}$計算．

解答 解：（1）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律將得③=$\frac{①+②}{2}$，
可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ•mol^-1=-867kJ•mol^-1
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（2）已知反應(yīng)為2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0，恒壓條件下反應(yīng)正向、逆向體積都發(fā)生變化，如果體積不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a正確；達到平衡時各組分的物質(zhì)的量不變，故答案b錯誤；根據(jù)平衡時正逆反應(yīng)速率相等可以推斷c正確，
故答案為ac；
（3）①根據(jù)反應(yīng)方程式2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂可以寫出平衡常數(shù)為$\frac{{{C}^{2}}_{（C{O}_{2）}}•C（{N}_{2}）}{{C}^{2}（NO）•{C}^{2}（CO）}$，故答案為$\frac{{C}^{2}（C{O}_{2}）•C（{N}_{2}）}{{C}^{2}（NO）•{C}^{2}（CO）}$；
②2NO+2CO?2CO₂ +N₂
起始：0.1                0.3
△：x                  x              x           0.5x
平衡：0.1-x           0.3-x            x            0.5x
$\frac{P}{{P}_{0}}$=$\frac{0.1-x+0.3-x+x+0.5x}{0.1+0.3}$=0.925，x=0.06mol，${V}_{（{N}_{2}）}$=$\frac{△C（{N}_{2}）}{△t}$=$\frac{\frac{0.06mol}{2L}}{5min}$=0.003mol/（L•min）；
③2    NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N_2（g）
起始：0.1                    0.3
△：a                       a                    a                     0.5a
平衡：0.1-a                   0.3-a                 a                     0.5a
$\frac{0.1-a+0.3-a+a+0.5a}{0.1+0.3}$=0.9    a=0.08mol   此時容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為0.36mol，再加入0.06mol，氣體總物質(zhì)的量0.42，此時壓強為起始壓強的$\frac{0.42}{0.4}$=1.05，依據(jù)平衡移動原理可知加入CO平衡向正向移動，氣體體積減小，壓強減小，所以壓強與起始壓強的比值＜1.05，
故答案為：下方；
（4）由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑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，電極反應(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
常溫下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH為10，溶液中存在HCOO^-水解HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，故K_h=$\frac{{C}_{（OH-）•}{C}_{（HCOOH）}}{{C}_{（HCOO-）}}$=$\frac{10-4×10-4}{0.1-10-4}$=10^-7，則HCOOH的電離常數(shù)Ka=$\frac{{C}_{（H+）}•C（HCOO-）}{C（HCOOH）}$=$\frac{KW}{Kh}$=$\frac{1{0}^{-14}}{{10}^{-7}}$=10^-7，
故答案為：10^-7．

點評 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．