《2025年高考总复习首选用卷化学》

17.（2023·辽宁省沈阳等三地市高三三模）为实现碳中和，将$CO_2$在一定条件下转化为化工原料，其中$CO_2$和$H_2$可发生如下两个平行反应：
①$CO_2(g)+H_2(g)\rightleftharpoons CO(g)+H_2O(g)$ $\Delta H_1 = +41.17 kJ·mol^{-1}$ $\Delta S_1 = +42.08 J·mol^{-1}·K^{-1}$
②$CO_2(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons CH_3OH(g)+H_2O(g)$ $\Delta H_2 = -48.97 kJ·mol^{-1}$ $\Delta S_2 = -177.16 J·mol^{-1}·K^{-1}$
（1）根据所给信息，若要反应②自发进行，需要控制温度的范围为__________（保留一位小数）。
（2）为了提高$CH_3OH$的产率，理论上可采用的措施是________（填标号）。
A. 低温低压 B. 高温低压
C. 合适的催化剂 D. 高温高压
E. 低温高压
（3）将$CO_2$和$H_2$按物质的量之比1：3通入刚性密闭容器中，在催化剂作用下发生反应①和反应②，在相同的时间内$CH_3OH$的选择性和产率随温度的变化如下表所示。
已知：X代表$CH_3OH$的选择性 = $\frac{CH_3OH的物质的量}{反应的CO_2的物质的量}\times100％$；Y代表甲醇的产率（％）。
| 温度/K | 催化剂$A[CZ(Zr - 1)T]$ | | 催化剂$B(CZT)$ | |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| | X（甲醇选择性） | Y（甲醇产率） | X（甲醇选择性） | Y（甲醇产率） |
| 483 | 38 | 2 | 19 | 0.9 |
| 503 | 26 | 4.5 | 33 | 2.2 |
| 523 | 23 | 3.9 | 30 | 1.9 |
| 543 | 18 | 3 | 25 | 1.8 |
| 563 | 16 | 3 | 25 | 1.6 |
ⅰ. 在上述条件下合成甲醇的工业条件是______。
A. 483 K B. 503 K
C. 催化剂$B(CZT)$ D. 催化剂$A[CZ(Zr - 1)T]$
ⅱ. 503 K以上，升高温度导致$CO_2$的转化率增大，甲醇的产率降低。可能的原因是______________________________。
（4）假设在容器体积不变的条件下只发生上述反应②，下列说法中，一定能判断反应②达到平衡状态的有________（填标号）。
A. 混合气体总压强不再变化
B. 断裂3 mol $H—H$键的同时断裂2 mol $O—H$键
C. $CO_2$和$H_2$的物质的量之比不再变化
D. 混合气体的平均相对分子质量不再变化
E. 混合气体的密度不再变化
F. $c(H_2O)$保持不变

答案： 低于276.4 K@@E@@BD@@反应①是吸热反应，反应②是放热反应，503 K以上，升高温度，反应①正向移动，反应②逆向移动，但以反应①为主，故CO₂的转化率增大，但甲醇的产率降低（答案合理即可）@@ADF

18.（2023·金版原创）水煤气制乙烯的反应原理为$2CO(g)+4H_2(g)\rightleftharpoons C_2H_4(g)+2H_2O(g)$ $\Delta H$。在压强为0.5 MPa的条件下，2 mol $CO$和4 mol $H_2$反应，测得达到平衡时的有关气体体积分数的变化如图所示，下列判断正确的是 （ ）


A. 该反应的$\Delta H＜0$
B. X为$C_2H_4(g)$的变化曲线，Y为$H_2O(g)$的变化曲线
C. 压强为1 MPa时，虚线可能为$H_2$的体积分数变化曲线
D. Z点$H_2$的转化率约为66.7％

答案： D [由题图知，随温度升高，氢气体积分数减小，说明平衡正向移动，升温平衡向吸热反应方向进行，反应的ΔH＞0，A错误；升温平衡正向移动，C₂H₄(g)和H₂O(g)体积分数增大，H₂O(g)的体积分数是C₂H₄(g)的2倍，X为H₂O(g)的变化曲线，Y为C₂H₄(g)的变化曲线，B错误；正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，压强为1 MPa时，H₂的体积分数减小，C错误；设Z点时生成a mol C₂H₄(g)，列三段式： 2CO(g) + 4H₂(g)$\rightleftharpoons$C₂H₄(g) + 2H₂O(g) 起始(mol) 2 4 0 0 变化(mol) 2a 4a a 2a 平衡(mol) 2 - 2a 4 - 4a a 2a 由题图知Z点时H₂(g)与H₂O(g)的体积分数相等，则4 - 4a = 2a，a≈0.667，所以H₂的转化率约为66.7%，D正确。]