航天员呼吸产生的CO
2用下列反应处理,可实现空间站中O
2的循环利用。
Sabatier反应:CO
2(g)+4H
2(g)

CH
4(g)+2H
2O(g)
水电解反应:2H
2O(g)=2H
2(g)+O
2(g)
一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO
2(g)+2H
2(g)

C(s)+2H
2O(g) ΔH<0代替Sabatier反应,再电解水实现O
2的循环利用。
回答下列问题:
(1)有关上述反应,下列说法正确的是
_____(填标号)。
A.室温下,2H
2O(g)⇌2H
2(g)+O
2(g)不能自发进行的原因为ΔS<0
B.可逆反应都有一定的限度,限度越大反应物的转化率一定越高
C.可逆反应中,若反应物的总能量>生成物的总能量,则ΔH<0
(2)在Sabatier反应[反应Ⅰ:CO
2(g)+4H
2(g)

CH
4(g)+2H
2O(g) K
Ⅰ]体系中,还会发生副反应(反应Ⅱ):CO
2(g)+H
2(g)

CO(g)+H
2O(g) K
Ⅱ;一定压强下,向某容积可变的密闭容器中通入CO
2和H
2的混合气体(其中CO
2和H
2的物质的量之比为1∶4),在某催化剂的作用下同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,测得CO
2的转化率、CH
4的选择性、CO的选择性随反应温度的变化情况如图所示。
已知:CH
4或CO的选择性指反应生成CH
4或CO时所消耗的CO
2的物质的量占参与反应的CO
2总物质的量的百分比。相同温度下,反应2CO(g)+2H
2(g)⇌CO
2(g)+CH
4(g)的平衡常数为
_____(用含K
Ⅰ、K
Ⅱ的式子表示);提高CH
4的选择性的措施有
_____、
_____。
(3)对于Bosch反应CO
2(g)+2H
2(g)⇌C(s)+2H
2O(g) ΔH<0,下列关于各图像的解释或得出的结论正确的是_____(填标号)。
A.由甲图可知,反应在t1min时可能改变了压强或使用了催化剂 |
B.由乙图可知,反应在m点可能达到了平衡状态 |
C.由丙图可知,反应过程中v正>v逆的点是C点 |
D.由丁图可知,交点A表示的反应一定处于平衡状态 |
(4)室温下,向体积为2L的恒容密闭容器中通入4molH
2和1molCO
2发生Sabatier反应:CO
2(g)+4H
2(g)

CH
4(g)+2H
2O(g)(不考虑副反应);若反应时保持温度恒定,测得反应过程中压强随时间的变化如下表所示:
时间/min | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
压强 | 5.00p | 4.60p | 4.30p | 4.15p | 4.06p | 4.00p | 4.00p |
①0~10min内,v(CO
2)=
_____mol·L
-1·min
-1,该温度下Sabatier反应的K
p=
_____(K
p为用气体的分压表示的平衡常数,分压=气体的体积分数×体系总压)。
②Sabatier反应的速率方程:v
正=k
正c(CO
2)c
4(H
2),v
逆=k
逆c(CH
4)c
2(H
2O)(k是速率常数,只与温度有关)。20min时,
_____
;反应达平衡时,升高温度,k
正增大的倍数
_____k
逆增大的倍数。(填“>”“<”或“=”)