Question

【題目】氧氣、二氧化碳是最常見的氣體。回答下列問題：

（1）宇航員呼吸產生的CO2用下列反應處理，實現空間站中的O2循環利用。鎳催化劑反應：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。則鎳催化劑反應的ΔH=____kJ·mol-1

②空間站中所涉及的反應有：

a.鎳催化劑反應：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

b.電解水反應：2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)

c.模擬呼吸反應：C(s)+O2(g)=CO2(g)

則實現空間站O2循環總反應為____

（2）可用O2將HCl轉化為Cl2，實現循環利用：O2(g)+4HCl(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。將1molO2和4molHCl充入某恒容密閉容器中，分別在T1和T2的溫度下進行實驗，測得容器內總壓強（p）與反應時間（t）的變化關系如圖所示。

③該反應的速率v=kca(O2)·cb(HCl)，k為速率常數），下列說法正確的是____（填標號）。

A．溫度升高，k增大

B．使用催化劑，k不變

C．在容器中充入不反應的He，總壓增大，k增大

D．平衡后再充入1molO2和4molHCl，k增大

④T1____T2（填“＞”或“＜”）；T1時的轉化率____T2時的轉化率（填“＞”“=”或“＜”）。

⑤T1時，HCl的平衡轉化率＝____；T2反應的Kx＝____（Kx為以物質的量分數表示的平衡常數）。

Answer 1

【答案】－4a+b C(s)+2H2(g)=CH4(g) A ＜ ＞ 62.5%

【解析】

(1)根據蓋斯定律進行計算；通過化學反應電解水得到氧氣和氫氣，氧氣為人類呼吸所用，氫氣和與人類呼出的二氧化碳反應生成水和甲烷，然后水就又電解生成氧氣，這樣形成一個循環鏈，使空間站中的氧氣量足夠宇航員使用；

(2) ③A．溫度改變瞬間，濃度沒有影響，即通過增大k從而改變了速率；

B．催化劑降低了反應的活化能，使反應的速率常數k增大；
C．在容器中充入不反應的 He，總壓增大分壓不變，平衡不變，k 不變；

D．“平衡后再充入1molO2和4molHCl”，相當于增大反應體系的壓強；

④根據溫度對平衡移動的影響規律，結合圖像進行分析；

⑤設反應的O2的物質的量為，根據反應列出三段式進行分析，根據物質的量之比等于壓強之比列方程進行計算；根據平衡常數的計算公式進行計算。

(1)①設反應H2(g)+O2(g)H2O(g)ΔH=－akJ·mol-1為式①，反應CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)ΔH=－bkJ·mol-1為式②，反應CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)可以由②-4×①得出，故該反應的ΔH=－4a+b kJ·mol-1；

②由a+b+c得，C(s)+2H2(g)=CH4(g)，空間站O2循環總反應為：C(s)+2H2(g)=CH4(g)；

(2)③A．剛升溫時c(O2)、c(HCl)都不變，升溫反應速率增大，故k增大，A正確；

B．催化劑降低了反應的活化能，使反應的速率常數k增大，B錯誤；

C．充入不反應的He，總壓增大，由于是固定容器，原物質的濃度都沒變，反應速率不變，故k不變，C錯誤；

D．平衡后再充入1molO2和4molHCl，c(O2)、c(HCl)都增大，故反應速率增大不一定是由于k增大，D錯誤；

故選A。

④由圖可知，T2先達到平衡，則T1<T2；T2對應的平衡時壓強大，則升高溫度平衡逆向移動，所以正反應為放熱反應，△H<0，因此溫度越低，轉化率越大，故T1時的轉化率大于T2時的轉化率；

⑤設反應的O2的物質的量為，根據題意

根據物質的量之比等于壓強之比，T1有，解得mol，故HCl的轉化率為；T2時，有，解得mol，反應后總物質的量為5-=4.5mol，O2、HCl、Cl2、H2O的物質的量分別為0.5mol、2mol、1mol、1mol，