题目内容

【题目】氧气、二氧化碳是最常见的气体。回答下列问题:

1)宇航员呼吸产生的CO2用下列反应处理,实现空间站中的O2循环利用。镍催化剂反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

①已知H2(g)+O2(g)H2O(g)ΔH=akJ·mol-1

CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)ΔH=bkJ·mol-1。则镍催化剂反应的ΔH=____kJ·mol-1

②空间站中所涉及的反应有:

a.镍催化剂反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

b.电解水反应:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)

c.模拟呼吸反应:C(s)+O2(g)=CO2(g)

则实现空间站O2循环总反应为____

2)可用O2HCl转化为Cl2,实现循环利用:O2(g)+4HCl(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。将1molO24molHCl充入某恒容密闭容器中,分别在T1T2的温度下进行实验,测得容器内总压强(p)与反应时间(t)的变化关系如图所示。

③该反应的速率v=kca(O2)·cb(HCl)k为速率常数),下列说法正确的是____(填标号)。

A.温度升高,k增大

B.使用催化剂,k不变

C.在容器中充入不反应的He,总压增大,k增大

D.平衡后再充入1molO24molHClk增大

T1____T2(填);T1时的转化率____T2时的转化率(填”“=”)。

T1时,HCl的平衡转化率=____T2反应的Kx____Kx为以物质的量分数表示的平衡常数)。

【答案】4a+b C(s)+2H2(g)=CH4(g) A 62.5%

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算;通过化学反应电解水得到氧气和氢气,氧气为人类呼吸所用,氢气和与人类呼出的二氧化碳反应生成水和甲烷,然后水就又电解生成氧气,这样形成一个循环链,使空间站中的氧气量足够宇航员使用;

(2) A.温度改变瞬间,浓度没有影响,即通过增大k从而改变了速率;

B.催化剂降低了反应的活化能,使反应的速率常数k增大;
C.在容器中充入不反应的 He,总压增大分压不变,平衡不变,k 不变;

D.“平衡后再充入1molO24molHCl”,相当于增大反应体系的压强;

④根据温度对平衡移动的影响规律,结合图像进行分析;

⑤设反应的O2的物质的量为,根据反应列出三段式进行分析,根据物质的量之比等于压强之比列方程进行计算;根据平衡常数的计算公式进行计算。

(1)①设反应H2(g)+O2(g)H2O(g)ΔH=akJ·mol-1为式①,反应CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)ΔH=bkJ·mol-1为式②,反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)可以由②-4×①得出,故该反应的ΔH=4a+b kJ·mol-1

②由a+b+c得,C(s)+2H2(g)=CH4(g),空间站O2循环总反应为:C(s)+2H2(g)=CH4(g)

(2)③A.刚升温时c(O2)c(HCl)都不变,升温反应速率增大,故k增大,A正确;

B.催化剂降低了反应的活化能,使反应的速率常数k增大,B错误;

C.充入不反应的He,总压增大,由于是固定容器,原物质的浓度都没变,反应速率不变,故k不变,C错误;

D.平衡后再充入1molO24molHClc(O2)c(HCl)都增大,故反应速率增大不一定是由于k增大,D错误;

故选A

④由图可知,T2先达到平衡,则T1<T2T2对应的平衡时压强大,则升高温度平衡逆向移动,所以正反应为放热反应,H<0,因此温度越低,转化率越大,故T1时的转化率大于T2时的转化率;

⑤设反应的O2的物质的量为,根据题意

根据物质的量之比等于压强之比,T1,解得mol,故HCl的转化率为T2时,有,解得mol,反应后总物质的量为5-=4.5molO2HClCl2H2O的物质的量分别为0.5mol2mol1mol1mol

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