Question

【題目】航天員呼吸產(chǎn)生的CO2用下列反應處理，可實現(xiàn)空間站中O2的循環(huán)利用。

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

水電解反應：2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

（1）將原料氣按∶=1∶4置于密閉容器中發(fā)生Sabatier反應，測得H2O(g)的物質的量分數(shù)與溫度的關系如圖所示（虛線表示平衡曲線）。

① 該反應的平衡常數(shù)K隨溫度升高而__________（填“增大”或“減小”）。

② 溫度過高或過低均不利于該反應的進行，原因是__________________________。

③ 200℃達到平衡時體系的總壓強為p，該反應平衡常數(shù)Kp的計算式為________。（不必化簡。用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數(shù)）

（2）Sabatier反應在空間站運行時，下列措施能提高CO2轉化率的是______（填標號）。

A．適當減壓 B．增大催化劑的比表面積

C．反應器前段加熱，后段冷卻 D．提高原料氣中H2所占比例

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

① 已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分別為–394 kJmol－1、–242 kJmol－1，Bosch反應的ΔH ＝________kJmol－1。（生成焓指一定條件下由對應單質生成1mol化合物時的反應熱）

② 一定條件下Bosch反應必須在高溫下才能啟動，原因是______________________。

Answer 1

【答案】 減小 溫度過低，反應速率��；溫度過高，反應向右進行的程度�。ɑ驕囟冗^高，反應向左進行） CD -90 反應的活化能高

【解析】（1）①根據(jù)圖中平衡時水的物質的量分數(shù)曲線隨溫度的升高而減小，可知該反應正反應為放熱反應，平衡常數(shù)隨溫度的升高而減小；正確答案：減小。

②反應速率隨溫度的升高而增大，溫度過低，速率較小，反應進行緩慢；該反應為放熱反應，溫度過高，平衡左移，不利于反應的進行；正確答案：溫度過低，反應速率小；溫度過高，反應向右進行的程度小（或溫度過高，反應向左進行）。

③ 根據(jù)圖像可知，200℃時反應達到平衡時水的物質的量分數(shù)0.1，平衡時水所占的壓強為0.6p，根據(jù)化學方程式可知甲烷所占的壓強為0.3 p，因此二氧化碳和氫氣所占的壓強為0.1p；根據(jù)初始投料比以及二氧化碳和氫氣的化學計量數(shù)之比可知反應達到平衡時，兩者的物質的量之比也為1:4，故平衡時二氧化碳所占的壓強為0.02p，氫氣所占的壓強為0.08 p，所以該反應平衡常數(shù)Kp的計算式為；正確答案：。

（2）該反應為一個體積變小可逆反應，減小壓強，平衡左移，CO2轉化率降低，A錯誤；增大催化劑的比表面積即增大了催化劑與反應物的接觸面積，可以提高催化劑的催化效率，加快反應速率，但是平衡不移動，轉化率不變，B錯誤；反應器前段加熱，可以加快反應的速率，后段冷卻可以減少生成物水蒸汽的濃度，平衡右移，提高CO2轉化率，C正確；提高原料氣中H2所占比例，會增大CO2轉化率，D正確；正確選項CD。

（3）①根據(jù)題給條件可知：C(s)+O2(g)==CO2(g) ΔH=–394 kJmol－1,H2(g)+1/2O2(g)= H2O(g) ΔH=–242 kJmol－1,第二個反應×2-第一個反應可得CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O ΔH ＝-90 kJmol－1；正確答案：-90。

②在化學反應中，只有活化分子才能發(fā)生有效碰撞而發(fā)生化學反應；升溫可以提高反應的活化能，從而利于反應的發(fā)生，而該反應的反應活化能高，必須在高溫下才能啟動；正確答案：反應的活化能高。