Question

7．近年來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．有效控制空氣中氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物顯得尤為重要．
（1）在汽車排氣管內(nèi)安裝催化轉(zhuǎn)化器，可將汽車尾氣中主要污染物轉(zhuǎn)化為無毒的大氣循環(huán)物質(zhì)．主要原理為：2NO（g）+2CO（g）?_加熱^催化劑2CO₂（g）+N₂（g）．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$K=\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$．
②在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c（CO₂）隨溫度（T）和時(shí)間（t）的變化曲線如圖1所示．據(jù)此判斷該反應(yīng)的△H＜ 0（填“＞”或“＜”），在T₁溫度下，0〜2s內(nèi)N₂的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.05mol/（L•s）．

③將0.2mol NO和0.1mol CO充入一個(gè)容積為1L的密閉容器中，反應(yīng)過程中物質(zhì)濃度變化如圖2所示．第12min時(shí)改變的反應(yīng)條件可能為D．
A．升高溫度B．加入NO       C．加催化劑      D．降低溫度
（2）工業(yè)上常采用“低溫臭氧氧化脫硫脫硝”技術(shù)來同時(shí)吸收氮的氧化物（NOx））和SO2氣體，在此過程中還獲得了（NH₄）₂SO₄的稀溶液．
①在（NH₄）₂SO₄溶液中，水的電離程度受到了促進(jìn) （填“促進(jìn)”、“抑制”或“沒有影響）”
②若往（NH₄）₂SO₄溶液中加入少量稀鹽酸，則$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（S{{O}_{4}^{2-}}^{\;}）}$值將變大  （填“變大”、“變小”或“不變”）．
（3）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題．
①煤燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有氮的氧化物，用CH₄催化還原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
則CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式為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3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．電極b作正 極，表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）?_加熱^催化劑2CO₂（g）+N₂（g），均為氣體參與的反應(yīng)，據(jù)此寫出反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式；
②密閉容器中發(fā)生發(fā)生反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?_加熱^催化劑2CO₂（g）+N₂（g），根據(jù)圖象判斷，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，反應(yīng)先出現(xiàn)平衡，則溫度T₁＞T₂，溫度升高，平衡時(shí)CO₂的濃度降低，表明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平均速率公式$\overline{r}（C{O}_{2}）=\frac{△c（C{O}_{2}）}{△t}$計(jì)算CO₂的反應(yīng)平均速率，由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算N₂的平均反應(yīng)速率；
③將0.2mol NO和0.1mol CO充入一個(gè)容積為1L的密閉容器中，反應(yīng)先建立平衡，到達(dá)12min時(shí)，改變條件，破壞原化學(xué)平衡，根據(jù)圖象分析，此時(shí)NO，CO的濃度下降，N₂濃度上升，據(jù)此逐項(xiàng)分析判斷；
（2）①在（NH₄）₂SO₄溶液中，NH₄⁺水解使溶液顯堿性，鹽類水解可以促進(jìn)水的電離；
②若往（NH₄）₂SO₄溶液中加入少量稀鹽酸，可以抑制鹽類水解，使水解平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）①CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（g）的化學(xué)方程式為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），該反應(yīng)可由已知熱效應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算該反應(yīng)的焓變；
②以CO₂和H₂O為原料制備HCOOH和O₂，根據(jù)原理圖分析，電極b處CO₂轉(zhuǎn)化為HCOOH，該過程中C的化合價(jià)降低，得到電子，做原電池的正極，同時(shí)得到H⁺參加反應(yīng)，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）①反應(yīng)的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）?_加熱^催化劑2CO₂（g）+N₂（g），均為氣體參與的反應(yīng)，則反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：$K=\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$，
故答案為：$K=\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$；
②密閉容器中發(fā)生發(fā)生反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?_加熱^催化劑2CO₂（g）+N₂（g），根據(jù)圖象判斷，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，反應(yīng)先出現(xiàn)平衡，則溫度T₁＞T₂，溫度升高，平衡時(shí)CO₂的濃度降低，表明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的△H＜0，
在T₁溫度下，0〜2s內(nèi)，反應(yīng)經(jīng)歷的時(shí)間△t=2s，根據(jù)圖象，過程中CO₂的濃度改變量為△c（CO₂）=0.2mol/L，則CO₂的化學(xué)反應(yīng)平均速率為$\overline{r}（C{O}_{2}）=\frac{△c（C{O}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.2mol/L}{2s}$=0.1mol/（L•s），由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（N₂）=$\frac{1}{2}\overline{r}（C{O}_{2}）$=0.05mol/（L•s），
故答案為：＜；0.05mol/（L•s）；
③將0.2mol NO和0.1mol CO充入一個(gè)容積為1L的密閉容器中，反應(yīng)先建立平衡，到達(dá)12min時(shí)，改變條件，破壞原化學(xué)平衡，根據(jù)圖象分析，此時(shí)NO，CO的濃度下降，N₂濃度上升，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且是一個(gè)氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，降低溫度，增大壓強(qiáng)，均有利于化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．升高溫度，則化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO和CO的濃度會(huì)上升，與圖象不符，故A錯(cuò)誤；
B．加入NO，則NO的濃度會(huì)增加，不是與之前的濃度相連，與圖象不符合，故B錯(cuò)誤；
C．催化劑只能加快反應(yīng)速率，并不能改變化學(xué)平衡，故C錯(cuò)誤；
D．降低溫度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，與圖象符合，故D正確，
故答案為：D；
（2）①在（NH₄）₂SO₄溶液中，NH₄⁺水解使溶液顯堿性，鹽類水解可以促進(jìn)水的電離，
故答案為：促進(jìn)；
②若往（NH₄）₂SO₄溶液中加入少量稀鹽酸，可以抑制鹽類水解，使水解平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，溶液中相對(duì)而言，c（NH₄⁺）增大，則$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（S{O}_{4}^{2-}）}$增大，
故答案為：變大；
（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催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（g）的化學(xué)方程式為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），該反應(yīng)可由①-②得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變△H=△H₁-△H₂=-867.0-（-56.9）=-810.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol；
②以CO₂和H₂O為原料制備HCOOH和O₂，根據(jù)原理圖分析，電極b處CO₂轉(zhuǎn)化為HCOOH，該過程中C的化合價(jià)降低，得到電子，做原電池的正極，同時(shí)得到H⁺參加反應(yīng)，則表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH，
故答案為：正；CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)原理部分知識(shí)，包含化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫，化學(xué)平衡的移動(dòng)，化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，鹽類水解知識(shí)，熱化學(xué)方程式的書寫，蓋斯定律的應(yīng)用，電化學(xué)原理，電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等，考察綜合能力，為高頻考點(diǎn)．