《2025年5年高考3年模拟高中化学全一册人教B版》

10.(2024重庆联合诊断,17,节选)CO₂与H₂的反应过程涉及的主要反应如下:
　①CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g)　ΔH₁＝－49.5 kJ·mol⁻¹
　②CO₂(g)+H₂(g)⇌CO(g)+H₂O(g)　ΔH₂＝＋41.2 kJ·mol⁻¹
　向2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO₂(g)和2.24 mol H₂(g)发生上述反应①和②，起始总压强为21.2 MPa，实验测得CO₂的平衡转化率和平衡时CH₃OH的选择性(转化的CO₂中生成CH₃OH的百分比)随温度的变化情况如图所示，其中表示CH₃OH选择性的曲线是________(填“X”或“Y”)，a、c两点中CH₃OH的产率最高的是________点，240℃时反应①的压强平衡常数Kp＝______MPa⁻²，Y曲线如此变化的原因是______________________________。
　　　　

答案： 答案X　a　4.2(或$\frac{25}{6}$)　280℃前以反应①为主，随温度升高CO₂转化率下降；280℃后以反应②为主，随温度升高CO₂转化率升高
解析　反应①放热，温度升高，平衡逆向移动；而反应②吸热，温度升高，平衡正向移动，故甲醇的选择性随温度升高而降低，曲线X与之相符；a、c两点CO₂转化率相等，但a点甲醇选择性更高，故a点甲醇产率更高。恒容密闭容器中通入2molCO₂(g)和2.24molH₂(g)，起始总压强为21.2MPa，则起始时$p(CO_{2}) = 10 MPa$，$p(H_{2}) = 11.2 MPa$，240℃时CO₂转化率为40％，甲醇选择性为80％，假设反应同时进行，则可列如下两段式:
CO₂(g)＋3H₂(g)⇌CH₃OH(g)＋H₂O(g)
始(MPa)　10　　　　11.2　　　　0　　　　　　0
转(MPa)　3.2　　　9.6　　　　　3.2　　　　　3.2
CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g)
始(MPa)　　10　　　　11.2　　　　0　　　　0
转(MPa)　　0.8　　　0.8　　　　0.8　　　0.8
达到平衡时反应①中各物质的分压为$p(CO_{2}) = 6 MPa$，$p(H_{2}) = 0.8 MPa$，$p(CH_{3}OH) = 3.2 MPa$，$p(H_{2}O) = 4 MPa$，故240℃时反应①的平衡常数$K_{p}=\frac{4×3.2}{6×0.8^{3}} MPa^{-2}=\frac{25}{6} MPa^{-2}≈4.2 MPa^{-2}$。

11.(2024吉林延边一模，18,节选)利用CO₂催化加氢制二甲醚，可以实现CO₂的再利用,涉及以下主要反应:
　Ⅰ.CO₂(g)+H₂(g)⇌CO(g)+H₂O(g)　ΔH₁
　Ⅱ.2CO₂(g)+6H₂(g)⇌CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)　ΔH₂
　相关物质及能量变化的示意图如图1所示。
　　　　
　回答下列问题:
　恒压条件下,CO₂、H₂起始量相等时,CO₂的平衡转化率和CH₃OCH₃的选择性随温度变化如图2所示。已知:CH₃OCH₃的选择性＝$\frac{2n_{生成}(CH₃OCH₃)}{n_{消耗}(CO₂)}$×100％。
　①300°C时,通入CO₂、H₂各2 mol,平衡时CH₃OCH₃的选择性、CO₂的平衡转化率都为30％,平衡时生成CH₃OCH₃的物质的量为________mol,此温度下反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(保留2位有效数字。用平衡分压代替平衡浓度计算,分压＝总压×物质的量分数)。
　②300～360℃区间,CO₂平衡转化率随温度变化的曲线如图2所示，分析曲线变化的原因:______________________________。
　　　　

答案： 答案　①0.09　0.20　②反应Ⅰ为吸热反应，CO₂的平衡转化率随温度升高而增大；反应Ⅱ为放热反应，CO₂的平衡转化率随温度升高而减小，300~360℃区间，反应Ⅰ的趋势大于反应Ⅱ
解析　　①300℃时，通入CO₂、H₂各2mol，平衡时CH₃OCH₃的选择性、CO₂的平衡转化率都为30%，平衡时，共消耗CO₂0.6mol，生成CH₃OCH₃的物质的量为$\frac{2 mol×30％×30％}{2}=0.09 mol$[注意选择性公式]，则反应Ⅰ中消耗CO₂0.42mol，反应Ⅱ中消耗CO₂0.18mol，假设反应同时进行，则:
CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g)
始(mol)　2　　　　2　　　　　0　　　　0
转(mol)　0.42　　　0.42　　　　0.42　　0.42
　　　　2CO₂(g)＋6H₂(g)⇌CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)
始(mol)　2　　　　　2　　　　　　0　　　　　　　0
转(mol)　0.18　　　0.54　　　　0.09　　　　　　0.27
则平衡时反应Ⅰ中CO₂为1.4mol，H₂为1.04mol，CO为0.42mol，H₂O为0.69mol；因反应Ⅰ为气体分子数不变的反应，则此温度下反应Ⅰ的平衡常数可简化计算，$K_{p}=\frac{0.42×0.69}{1.4×1.04}≈0.20$。

12.(2024九省联考贵州卷，17,节选)苯乙烯是重要的有机化工原料,可用乙苯为原料制备苯乙烯。制备方法有直接脱氢法和氧化脱氢法。在298K 时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
　(i)直接脱氢法:
　C₈H₁₀(g)⇌C₈H₈(g)+H₂(g)　ΔH₁＝＋118.0 kJ·mol⁻¹，Kp₁＝2.7×10⁻¹⁰ Pa
　(ii)氧化脱氢法:
　C₈H₁₀(g)+$\frac{1}{2}$O₂(g)⇌C₈H₈(g)+H₂O(g)　ΔH₂＝－123.8 kJ·mol⁻¹，Kp₂＝2.9×10²⁷.⁵ Pa
　回答下列问题:
　(1)①反应H₂(g)+$\frac{1}{2}$O₂(g)⇌H₂O(g)的ΔH₃＝________kJ·mol⁻¹，平衡常数Kp₃＝________(用Kp₁、Kp₂表示)。
　②氧化脱氢的反应趋势远大于直接脱氢，其原因是______________________________。
　③提高氧化脱氢反应平衡转化率的措施有__________________、____________________。
　(2)已知ΔG＝ΔH－TΔS,忽略ΔH、ΔS随温度的变化。当ΔG＜0时,反应能自发进行。在100kPa下,直接脱氢反应的ΔG和Kp₁随温度变化的理论计算结果如图所示。
　　　　
　①直接脱氢反应在常温下__________(选填“能”或“不能”)自发。
　②Kp₁随温度的变化曲线为__________(选填“a”或“b”),判断的理由是________________。
　③在某温度、100kPa下,向密闭容器中通入1mol气态乙苯发生直接脱氢反应,达到平衡时,混合气体中乙苯和氢气的分压相等,该反应的平衡常数Kp₁＝________kPa(保留到小数点后一位;分压＝总压×物质的量分数)。

答案： 答案
(1)①−241.8　$\frac{K_{p_{2}}}{K_{p_{1}}}$　②氧化脱氢反应和直接脱氢反应的ΔS均大于0，但氧化脱氢反应的ΔH＜0，反应在任何温度下都自发；直接脱氢反应的ΔH＞0，反应在高温下才能自发进行　③及时分离出产物　适当降低温度(或其他合理答案)
(2)①不能　②b　反应为吸热反应，温度上升，平衡正向移动，Kp增大　③33.3
解析　
(1)①根据盖斯定律，反应$H_{2}(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=H_{2}O(g)$可由反应ⅱ－反应ⅰ得出，则$\Delta H_{3}=\Delta H_{2}-\Delta H_{1}=-123.8 kJ·mol^{-1}-118.0 kJ·mol^{-1}=-241.8 kJ·mol^{-1}$，$K_{p_{3}}=\frac{K_{p_{2}}}{K_{p_{1}}}$。
(2)①直接脱氢反应的ΔS＞0，ΔH＞0，在高温下自发，在常温下不能自发。
③设转化的C₈H₁₀为xmol，可得三段式:
C₈H₁₀(g)⇌C₈H₈(g)＋H₂(g)
始(mol)　　1　　　　　　　0　　　　　0
转(mol)　　x　　　　　　x　　　　　x
平(mol)　　1−x　　　　　x　　　　　x
达到平衡时，混合气体中乙苯和氢气的分压相等，则1−x＝x，解得x＝0.5，体系中气体的总物质的量为1.5mol，$K_{p}=\frac{p(H_{2})p(C_{8}H_{8})}{p(C_{8}H_{10})}=\frac{(\frac{0.5 mol}{1.5 mol}×100 kPa)^{2}}{\frac{0.5 mol}{1.5 mol}×100 kPa}≈33.3 kPa$。