Question

【題目】碳的化合物的轉(zhuǎn)換在生產(chǎn)、生活中具有重要的應(yīng)用，如航天員呼吸產(chǎn)生的CO2用Sabatier反應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)空間站中O2的循環(huán)利用。

Sabatier反應(yīng)：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)；

水電解反應(yīng)：2H2O(1) 2H2(g) +O2(g)。

(1)將原料氣按n(CO2):n(H2)=1：4置于密閉容器中發(fā)生Sabatier反應(yīng)，測得H2O(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示（虛線表示平衡曲線）。

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度降低而________（填“增大”或“減小”）。

②在密閉恒溫（高于100℃）恒容裝置中進(jìn)行該反應(yīng)，下列能說明達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____。

A．混合氣體密度不再改變 B．混合氣體壓強(qiáng)不再改變

C．混合氣體平均摩爾質(zhì)量不再改變 D. n(CO2):n(H2)=1:2

③200℃達(dá)到平衡時體系的總壓強(qiáng)為p，該反應(yīng)平衡常數(shù)Kp的計(jì)算表達(dá)式為_______。（不必化簡，用平衡分，壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）

(2)Sabatier反應(yīng)在空間站運(yùn)行時，下列措施能提高CO2轉(zhuǎn)化率的是____（填標(biāo)號）。

A．適當(dāng)減壓 B．合理控制反應(yīng)器中氣體的流速

C.反應(yīng)器前段加熱，后段冷卻 D.提高原料氣中CO2所占比例

(3)一種新的循環(huán)利用方案是用Bosch反應(yīng)CO2(g)+4H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反應(yīng)。

①已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分別為-394kJ/mol、-242kJ/mol，Bosch反應(yīng)的△H=_____kJ/mol。（生成焓指一定條件下由對應(yīng)單質(zhì)生成lmol化合物時的反應(yīng)熱）

②一定條件下Bosch反應(yīng)必須在高溫下才能啟動，原因是______________。若使用催化劑，則在較低溫度下就能啟動。

③Bosch反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是_______________。

Answer 1

【答案】 增大 BC BC -90 反應(yīng)的活化能高 氫原子利用率為100%

【解析】①根據(jù)圖中平衡時的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)曲線隨溫度的降低而增大，可知該正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，K隨溫度的升高而減小，K隨溫度降低而增大。答案：增大。

②根據(jù)在密閉恒溫（高于100℃）恒容裝置中進(jìn)行的反應(yīng)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)；可知A．混合氣體密度不會改變，所以不能作為平衡的依據(jù)，故A錯；B．由反應(yīng)可知此反應(yīng)兩邊計(jì)量數(shù)不等，所以混合氣體壓強(qiáng)不再改變標(biāo)志達(dá)到平衡，故B正確。C．混合氣體平均摩爾質(zhì)量M=m/n,M不變說明n不在改變，說明達(dá)到平衡了。故C正確； D. n(CO2):n(H2)=1:2不符合化學(xué)平衡的定義，不能作為判斷平衡的依據(jù)，故D錯。本題答案：B C。

③在密閉容器里全部由氣體參與的反應(yīng)中，平衡時氣體壓強(qiáng)之比=氣體物質(zhì)的量之比=氣體物質(zhì)的量濃度之比。根據(jù)反應(yīng)達(dá)到平衡時的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，可知平衡時所占的壓強(qiáng)為，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可知所占壓強(qiáng)為，因此和所占的壓強(qiáng)為。根據(jù)初始投料比以及和的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知反應(yīng)達(dá)到平衡時，兩者的物質(zhì)的量之比也為，故平衡時所占的壓強(qiáng)為，所占的壓強(qiáng)為，故可寫出的表達(dá)式為。

（2）A項(xiàng)，該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理可知減壓后反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，會降低的轉(zhuǎn)化效率，故A項(xiàng)錯；B根據(jù) CO2(g)+4H2(g)C(s)+2H2O(g)，合理控制反應(yīng)器中氣體的流速，可以增大反應(yīng)物接觸面積，可以使反應(yīng)物充分反應(yīng)，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故B正確；C項(xiàng)，反應(yīng)器前段加熱可以加快反應(yīng)速率，后段冷卻可以加大反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，因此該措施能提高的轉(zhuǎn)化效率，故選C項(xiàng)；D項(xiàng)，提高原料氣中的比例會增大的轉(zhuǎn)化率，但會減小的轉(zhuǎn)化效率，故D項(xiàng)錯。綜上所述，本題正確答案為BC。

（3）①根據(jù)題目給出條件可知a.，b.，由即可得Bosch反應(yīng)，其反應(yīng)熱為。

②在化學(xué)反應(yīng)中，只有活化分子才能發(fā)生有效碰撞而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。升高溫度可以提高反應(yīng)物的活化能，從而發(fā)生反應(yīng)，而Bosch反應(yīng)的反應(yīng)活化能高，所以必須在高溫下才能啟動。

③在Bosch反應(yīng)中，氫原子全部轉(zhuǎn)化到水分子中，水電解后氫原子又重新全部形成，因此該方案的優(yōu)點(diǎn)為氫原子利用率為。