题目内容
【题目】航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理，可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应：CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应：2H2O(l) 
2H2(g) + O2(g)
（1）将原料气按
∶
=1∶4置于密闭容器中发生Sabatier反应，测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如图所示（虚线表示平衡曲线）。
① 该反应的平衡常数K随温度升高而__________（填“增大”或“减小”）。
② 温度过高或过低均不利于该反应的进行，原因是__________________________。
③ 200℃达到平衡时体系的总压强为p，该反应平衡常数Kp的计算式为________。（不必化简。用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）
（2）Sabatier反应在空间站运行时，下列措施能提高CO2转化率的是______（填标号）。
A．适当减压 B．增大催化剂的比表面积
C．反应器前段加热，后段冷却 D．提高原料气中H2所占比例
（3）一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。
① 已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为–394 kJmol－1、–242 kJmol－1，Bosch反应的ΔH ＝________kJmol－1。（生成焓指一定条件下由对应单质生成1mol化合物时的反应热）
② 一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动，原因是______________________。
【答案】 减小 温度过低，反应速率小；温度过高，反应向右进行的程度小（或温度过高，反应向左进行） 
CD -90 反应的活化能高
【解析】（1）①根据图中平衡时水的物质的量分数曲线随温度的升高而减小，可知该反应正反应为放热反应，平衡常数随温度的升高而减小；正确答案：减小。
②反应速率随温度的升高而增大，温度过低，速率较小，反应进行缓慢；该反应为放热反应，温度过高，平衡左移，不利于反应的进行；正确答案：温度过低，反应速率小；温度过高，反应向右进行的程度小（或温度过高，反应向左进行）。
③ 根据图像可知，200℃时反应达到平衡时水的物质的量分数0.1，平衡时水所占的压强为0.6p，根据化学方程式可知甲烷所占的压强为0.3 p，因此二氧化碳和氢气所占的压强为0.1p；根据初始投料比以及二氧化碳和氢气的化学计量数之比可知反应达到平衡时，两者的物质的量之比也为1:4，故平衡时二氧化碳所占的压强为0.02p，氢气所占的压强为0.08 p，所以该反应平衡常数Kp的计算式为
；正确答案：
。
（2）该反应为一个体积变小可逆反应，减小压强，平衡左移，CO2转化率降低，A错误；增大催化剂的比表面积即增大了催化剂与反应物的接触面积，可以提高催化剂的催化效率，加快反应速率，但是平衡不移动，转化率不变，B错误；反应器前段加热，可以加快反应的速率，后段冷却可以减少生成物水蒸汽的浓度，平衡右移，提高CO2转化率，C正确；提高原料气中H2所占比例，会增大CO2转化率，D正确；正确选项CD。
（3）①根据题给条件可知：C(s)+O2(g)==CO2(g) ΔH=–394 kJmol－1,H2(g)+1/2O2(g)= H2O(g) ΔH=–242 kJmol－1,第二个反应×2-第一个反应可得CO2(g)+2H2(g)
C(s)+2H2O ΔH ＝-90 kJmol－1；正确答案：-90。
②在化学反应中，只有活化分子才能发生有效碰撞而发生化学反应；升温可以提高反应的活化能，从而利于反应的发生，而该反应的反应活化能高，必须在高温下才能启动；正确答案：反应的活化能高。
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