Question

2013年初，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．

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+CO（g）

催化劑  .

2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)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1所示．據(jù)此判斷：
①該反應是

 

反應（填“放熱”、“吸熱”）．
②在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應速率v（N_2）=

 

．
③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反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號）．

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題．
①煤燃燒產(chǎn)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）△H₁=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol
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(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的．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)生的電極反應式為

 

．
③常溫下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH為10，則HCOONa的水解常數(shù)K_h=

 

④Na₂S溶液中離子濃度由大到小的順序為

 

向該溶液中加入少量固體CuSO₄，溶液PH

 

（填“增大”“減小”或“不變”）．Na₂S溶液長期放置有硫析出，原因是

 

（用離子方程式表示）

Answer 1

考點：反應熱和焓變,熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷,弱電解質在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)到達平衡的時間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時二氧化碳的濃度判斷溫度對平衡的影響，進而判斷△H；
②由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（N₂）；
③a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
b、到達平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結合反應熱判斷隨反應進行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數(shù)的影響；
c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，最后不再變化；
d、到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（2）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式；
②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，為負極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH；
③計算水解平衡常數(shù)Kh，再根據(jù)Ka=

Kw

Kh

計算；
④根據(jù)鹽的電離和離子的水解知識來比較離子濃度大小，根據(jù)加入硫酸銅后所發(fā)生的反應情況來判斷pH的變化，根據(jù)硫離子的強還原性來回答．

解答： 解：（1）①由圖1可知，溫度T₁先到達平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，
故答案為：放熱；
②由圖可知，T₂溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=

0.1mol/L

2S

=0.05mol/（L?s），速率之比等于化學計量數(shù)之比，故v（N₂）=

1

2

v（CO₂）=

1

2

×0.05mol/（L?s）=0.025mol/（L?s），
故答案為：0.025mol/（L?s）；
③a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故a錯誤；
b、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數(shù)減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，故b正確；
c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d、NO的質量分數(shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故d正確，
故答案為：bd；
（2）①已知：Ⅰ、CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol，
Ⅱ、2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）=-810.1kJ/mol，
即CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810.1kJ/mol；
②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，為負極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
③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=

10-4×10-4

0.1-10-4

=10^-7，則HCOOH的電離常數(shù)Ka=

Kw

Kh

=

10-14

10-7

=10^-7，
故答案為：10^-7；
④硫化鈉電離出的離子有鈉離子和硫離子，理論上鈉離子濃度是硫離子的2倍，故c（Na⁺）＞c（S^2-），但少量的硫離子水解，第一步水解強于第二步，兩步水解均生成氫氧根，故c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-），溶液顯堿性，故氫離子濃度最小，加硫酸銅后，溶液由堿性硫化鈉溶液變?yōu)橹行粤蛩徕c溶液，故pH 減小，
硫離子有很強還原性，很容易被空氣氧化，反應方程式為：2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-，
故答案為：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）；減��；2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-．

點評：本題考查化學平衡圖象、化學反應速率、影響化學平衡的因素、熱化學方程式書寫、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、注意基礎知識的理解掌握．