【題目】碳的化合物的轉(zhuǎn)換在生產(chǎn)、生活中具有重要的應用,如航天員呼吸產(chǎn)生的CO2用Sabatier反應處理,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(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,測得H2O(g)的物質(zhì)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隨溫度降低而________(填“增大”或“減小”)。

②在密閉恒溫(高于100℃)恒容裝置中進行該反應,下列能說明達到平衡狀態(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℃達到平衡時體系的總壓強為p,該反應平衡常數(shù)Kp的計算表達式為_______。(不必化簡,用平衡分,壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)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(zhuǎn)化率的是____(填標號)。

A.適當減壓 B.合理控制反應器中氣體的流速

C.反應器前段加熱,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CO2(g)+4H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反應。

①已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分別為-394kJ/mol、-242kJ/mol,Bosch反應的△H=_____kJ/mol。(生成焓指一定條件下由對應單質(zhì)生成lmol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______________。若使用催化劑,則在較低溫度下就能啟動。

③Bosch反應的優(yōu)點是_______________。

【答案】 增大 BC BC -90 反應的活化能高 氫原子利用率為100%

【解析】根據(jù)圖中平衡時的物質(zhì)的量分數(shù)曲線隨溫度的降低而增大,可知該正反應為放熱反應,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)恒容裝置中進行的反應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.由反應可知此反應兩邊計量數(shù)不等,所以混合氣體壓強不再改變標志達到平衡,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,說明達到平衡了。故C正確; D. n(CO2):n(H2)=1:2不符合化學平衡的定義,不能作為判斷平衡的依據(jù),故D錯。本題答案:B C。

在密閉容器里全部由氣體參與的反應中,平衡時氣體壓強之比=氣體物質(zhì)的量之比=氣體物質(zhì)的量濃度之比。根據(jù)反應達到平衡時的物質(zhì)的量分數(shù),可知平衡時所占的壓強為,根據(jù)化學反應方程式可知所占壓強為,因此所占的壓強為。根據(jù)初始投料比以及的化學計量數(shù)之比可知反應達到平衡時,兩者的物質(zhì)的量之比也為,故平衡時所占的壓強為所占的壓強為,故可寫出的表達式為。

(2)A項,該反應為氣體分子數(shù)減小的反應,根據(jù)勒夏特列原理可知減壓后反應向逆反應方向進行,會降低的轉(zhuǎn)化效率,故A項錯;B根據(jù) CO2(g)+4H2(g)C(s)+2H2O(g),合理控制反應器中氣體的流速,可以增大反應物接觸面積,可以使反應物充分反應,提高反應物的轉(zhuǎn)化率,故B正確;C項,反應器前段加熱可以加快反應速率,后段冷卻可以加大反應的轉(zhuǎn)化率,因此該措施能提高的轉(zhuǎn)化效率,故選C項;D項,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,其反應熱為

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。升高溫度可以提高反應物的活化能,從而發(fā)生反應,而Bosch反應的反應活化能高,所以必須在高溫下才能啟動。

在Bosch反應中,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)點為氫原子利用率為。

練習冊系列答案
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A. A、B、C、D四點對應的溶液中NH2OH電離常數(shù)相等

B. A點對應溶液的pH=9.5

C. D點對應溶液中存在:c(H+)=c(OH-)+c(NH3OH+)+c(NH2OH)

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實驗操作和現(xiàn)象:

操作

現(xiàn)象

點燃酒精燈,加熱

i.A中部分固體溶解,上方出現(xiàn)白霧

ii.稍后,產(chǎn)生黃色氣體,管壁附著黃色液滴

iii.B中溶液變藍

(1)現(xiàn)象i中的白霧是___________________,形成白霧的原因是________________。

(2)分析現(xiàn)象ii,該小組探究黃色氣體的成分,實驗如下:

a.直接加熱FeCl3·6H2O,產(chǎn)生白霧和黃色氣體。

b.將現(xiàn)象ii和a中的黃色氣體通入KSCN溶液,溶液均變紅。

通過該實驗說明現(xiàn)象ii中黃色氣體含有_______

(3)除了氯氣可使B中溶液變藍外,該小組還提出其他兩種可能的原因:

原因①:實驗b檢出的氣體使之變藍,反應的離子方程式是______________________________。

原因②:在酸性條件下,裝置中的空氣使之變藍,反應的離子方程式是_______________。

(4)為進一步確認黃色氣體中是否含有Cl2,小組提出兩種方案,均證實了Cl2的存在。

方案1

在A、B間增加盛有某種試劑的洗氣瓶C

B中溶液變?yōu)樗{色

方案2

將B中KI-淀粉溶液替換為NaBr溶液;檢驗Fe2+

B中溶液呈淺橙紅色;未檢出Fe2+

①方案1的C中盛放的試荊是____________________。

②方案2中檢驗Fe2+的試劑是____________________

③綜合方案1、2的現(xiàn)象,說明方案2中選擇NaBr溶液的依據(jù)是_____________________。

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