23.載人航天器是航天員賴以生存的空間,必須給航天員提供基本的生存條件,涉及氧氣再生,二氧化碳清除,水處理等。
(1)國際空間站處理CO
2的一個重要方法是將CO
2還原,發(fā)生薩巴蒂爾反應(yīng),方程式如下:
CO
2(g)+4H
2(g)
2H
2O(g)+CH
4(g)
薩巴蒂爾反應(yīng)生成的水可電解產(chǎn)生氧氣,實現(xiàn)氧再生。
①已知H
2O(g)=H
2O(l)ΔH=-44kJ/mol,H
2的燃燒熱ΔH為286kJ/mol,CH
4的燃燒熱ΔH為-890.6kJ/mol,則薩巴蒂爾反應(yīng)的ΔH
。有利于薩巴蒂爾反應(yīng)的條件是
。
A.高溫高壓
B.低溫低壓
C.高溫低壓
D.低溫高壓
②在恒容密閉容器中加入CO
2和H
2,其分壓分別20kPa和40kPa,一定條件下發(fā)生薩巴蒂爾反應(yīng)。某時刻測得H
2O(g)的分壓15kPa,CH
4的反應(yīng)速率v(CH
4)=1.2×10
-6p(CO
2)p
4(H
2)(kPa?s
-1),則該時刻v(H
2)=
。
(2)已知薩巴蒂爾反應(yīng)Ⅰ發(fā)生的同時也會發(fā)生副反應(yīng)Ⅱ:
反應(yīng)ⅠCO
2(g)+4H
2(g)
2H
2O(g)+CH
4(g)ΔH
1反應(yīng)ⅡCO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2=+41.2kJ/mol
將CO
2和H
2按體積比1:4混合(n
總=5 mol),勻速通入裝有Ru/TiO
2催化劑的反應(yīng)容器中發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ反應(yīng)相同時間,CO
2轉(zhuǎn)化率、CH
4和CO選擇性(選擇性:轉(zhuǎn)化的CO
2中生成CH
4或CO的百分比)隨溫度變化曲線分別如圖所示。
①a點的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率的大小關(guān)系為v正(a)
v逆(a)(填“>*“-”或“<“)。
②Ru/TiO
2催化劑在較低溫度主要選擇
(填“反應(yīng)Ⅰ”或“反應(yīng)Ⅱ”),試從反應(yīng)動力學(xué)角度分析其原因
。
③350℃~400℃溫度區(qū)間,CO
2轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)減小的變化趨勢,其可能原因是
。
A.催化劑活性降低
B.平衡常數(shù)變小
C.副反應(yīng)增多
D.反應(yīng)活化能增大
④350℃時,反應(yīng)達到平衡時容器體積為5L,求該溫度下反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K=
。