Question

【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O2将HCl转化为Cl2，实现循环利用：O2(g)+4HCl(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。将1molO2和4molHCl充入某恒容密闭容器中，分别在T1和T2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1molO2和4molHCl，k增大

④T1____T2（填“＞”或“＜”）；T1时的转化率____T2时的转化率（填“＞”“=”或“＜”）。

⑤T1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）。

Answer 1

【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) ③A．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1molO2和4molHCl”，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1molO2和4molHCl，c(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<T2；T2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有，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-=4.5mol，O2、HCl、Cl2、H2O的物质的量分别为0.5mol、2mol、1mol、1mol，