《2025年高考必刷题高三化学》

4.[湖南师大附中2024月考]以$CO_{2}$、$H_{2}$为原料合成$CH_{3}OH$涉及的主要反应如下：
①$CO_{2}(g)+3H_{2}(g)\rightleftharpoons CH_{3}OH(g)+H_{2}O(g)$ $\Delta H_{1}$
②$CO_{2}(g)+H_{2}(g)\rightleftharpoons CO(g)+H_{2}O(g)$ $\Delta H_{2}$
$CO_{2}$的平衡转化率$(X - CO_{2})$、$CH_{3}OH$的选择性$(S - CH_{3}OH)$随温度、压强变化如图。

已知：$S - CH_{3}OH=\frac{n(转化为CH_{3}OH的CO_{2})}{n(转化的CO_{2})}\times100\%$
下列分析正确的是 ( )
A. $p_{1}＜p_{2}$
B. 反应①理论上高温下可自发进行
C. 反应②的平衡常数随温度升高而减小
D. 初始$n(CO_{2}) = 1mol$、$n(H_{2}) = 3mol$，平衡后$X - CO_{2}=30\%$、$S - CH_{3}OH = 90\%$，若只发生①②，则$H_{2}$的平衡转化率为28%

答案： D 考查点：多重平衡图像分析、化学反应进行方向判断、转化率计算 【解析】p₂到p₁，CH₃OH的选择性增大，反应①为气体分子数减小的反应，因此p₁＞p₂，A错误；温度高于300℃时，二氧化碳的转化率随温度升高而增大，而甲醇的选择性降低，说明升高温度反应①逆向进行，反应②正向进行，则ΔH₁＜0，ΔH₂＞0，而反应①的正向气体体积减小，ΔS₁＜0，低温时才有ΔG = ΔH₁ - TΔS₁＜0，因此反应①理论上低温自发，B错误；ΔH₂＞0，升高温度，反应②正向进行，平衡常数增大，C错误；设反应①二氧化碳的变化量为x mol，反应②二氧化碳的变化量为y mol： $CO₂(g)+3H₂(g)\rightleftharpoons CH₃OH(g)+H₂O(g)$ 起始量/mol 1 3 0 0 变化量/mol x 3x x x 平衡量/mol 1 - x 3 - 3x x x $CO₂(g)+H₂(g)\rightleftharpoons CO(g)+H₂O(g)$ 起始量/mol 1 - x 3 - 3x 0 x 变化量/mol y y y y 平衡量/mol 1 - x - y 3 - 3x - y y x + y 则根据平衡后X - CO₂ = 30%、S - CH₃OH = 90%有$\frac{x + y}{1}$=30%、$\frac{x}{x + y}$=90%，故x = 0.27、y = 0.03，氢气的平衡转化率为$\frac{3x + y}{3}$×100%=$\frac{3×0.27 + 0.03}{3}$×100% = 28%，D正确。

5.[河南南阳中学2024月节选]近年来，碳中和、碳达峰成为热点。以$CO_{2}$、$H_{2}$为原料生产甲醇是一种有效利用二氧化碳的途径。涉及的反应有
Ⅰ.$CO_{2}(g)+4H_{2}(g)\rightleftharpoons CH_{4}(g)+2H_{2}O(g)$ $\Delta H_{1}＜0$
(1)工业中，对于反应Ⅰ，通常同时存在副反应Ⅳ：$CO_{2}(g)+H_{2}(g)\rightleftharpoons CO(g)+H_{2}O(g)$ $\Delta H_{4}$，一定条件下，在合成塔中充入一定量$CO_{2}$和$H_{2}$。不同压强时，$CO_{2}$的平衡转化率如图甲所示。当气体总压强恒定为1 MPa时，平衡时各物质的物质的量分数如图乙所示。

①图甲中，相同温度下，压强越大，$CO_{2}$的平衡转化率越大，其原因是____________________。
②由图乙可知，$\Delta H_{4}$____0(填“＞”“＜”或“=”)。
(2)在一定条件下(温度为$T^{\circ}C$)，往恒容密闭容器中充入1.0 mol $CO_{2}$和4.0 mol $H_{2}$，发生反应Ⅰ，初始压强为$p_{0}$，5 min达到平衡，压强为$0.8p_{0}$，则$CO_{2}$的平衡转化率为________。

答案：
(1) ①反应Ⅰ正向气体体积减小，增大压强平衡正向移动 ②＞
(2) 50% **考查点**：多重平衡图像分析、转化率计算、平衡移动原理 【解析】
(1) ①反应Ⅰ正向气体体积减小，增大压强平衡正向移动，因此压强越大，二氧化碳的平衡转化率越大。②由图乙知，升高温度CO的物质的量分数增大，因此反应Ⅳ为吸热反应，ΔH₄＞0。
(2) 初始时二氧化碳的体积分数为$\frac{1}{5}$，氢气的体积分数为$\frac{4}{5}$，故二者分压分别为$\frac{1}{5}p₀$、$\frac{4}{5}p₀$；设二氧化碳、氢气、甲烷、水的压强变化值分别为p、4p、p、2p，则平衡分压分别为$\frac{1}{5}p₀ - p$、$\frac{4}{5}p₀ - 4p$、p、2p，平衡总压为0.8p₀ = $\frac{1}{5}p₀ - p+\frac{4}{5}p₀ - 4p + p + 2p$，则p = $\frac{1}{10}p₀$，二氧化碳转化率为$\frac{\frac{1}{10}p₀}{\frac{1}{5}p₀}$×100% = 50%。

6.[安徽合肥2024月考]氢能将在实现“双碳”目标中起到重要作用。乙醇—水催化重整可获得氢气。主要发生以下反应：
反应Ⅰ：$C_{2}H_{5}OH(g)+3H_{2}O(g)\rightleftharpoons 2CO_{2}(g)+6H_{2}(g)$ $\Delta H_{1}=173.3kJ\cdot mol^{-1}$
反应Ⅱ：$CO_{2}(g)+H_{2}(g)\rightleftharpoons CO(g)+H_{2}O(g)$ $\Delta H_{2}$
回答下列问题：
向容积为V L的恒容密闭容器中充入1 mol $C_{2}H_{5}OH(g)$和3 mol $H_{2}O(g)$发生上述反应Ⅰ、Ⅱ。初始时体系压强为100 kPa，平衡时$CO_{2}$和CO的选择性、$H_{2}$的产率随温度的变化曲线如图所示[$CO$的选择性$=\frac{n_{生成}(CO)}{n_{生成}(CO_{2})+n_{生成}(CO)}\times100\%$]。

(1)表示$CO_{2}$的选择性的是曲线________。
(2)400℃以后，$H_{2}$的产率随温度变化的原因是______________________________。
(3)反应Ⅰ的标准平衡常数$K^{\ominus}=\frac{[\frac{p(CO_{2})}{p^{\ominus}}]^{2}[\frac{p(H_{2})}{p^{\ominus}}]^{6}}{\frac{p(C_{2}H_{5}OH)}{p^{\ominus}}\times[\frac{p(H_{2}O)}{p^{\ominus}}]^{3}}$，其中$p^{\ominus}$为标准压强(100 kPa)，$p(X)$为气体X的平衡分压，分压=总压×该气体的物质的量分数。500℃时，测得$C_{2}H_{5}OH$的转化率为80%，则反应Ⅰ的$K^{\ominus}=$________(保留1位小数)。

答案：
(1) a
(2) 400℃后，以反应Ⅱ为主，温度升高，反应Ⅱ消耗的H₂大于反应Ⅰ生成的H₂
(3) 18.7 **考查点**：化学平衡综合分析、压强平衡常数计算 【解析】
(1) 由选择性的定义可知，CO的选择性 + CO₂的选择性 = 1，由图可知，曲线a和曲线c在相同温度下的数值加和始终为1，所以曲线a和曲线c为两种气体的选择性曲线，曲线b为氢气的产率曲线，又由于起始时体系中没有CO₂，所以反应Ⅱ开始时不反应，CO的选择性为0，表示平衡时CO₂选择性的是曲线a。
(2) 由①分析可知，曲线b为氢气的产率曲线，CO的选择性随温度的升高而升高，CO₂的选择性随温度的升高而降低，由图可知，400℃后，以反应Ⅱ为主，温度升高，反应Ⅱ消耗的H₂大于反应Ⅰ生成的H₂。
(3) 根据题干信息及图像可知，C₂H₅OH(g)的转化率为80%，转化了0.8mol，平衡时还剩0.2mol。图中M点CO和CO₂的选择性均为50%，故生成CO和CO₂各0.8mol，根据反应Ⅰ和Ⅱ可算出n(H₂O)=1.4mol，n(CO)=0.8mol，n(CO₂)=0.8mol，n(H₂)=4mol，平衡时n总 = 7.2mol。由于反应体系为恒容密闭容器，平衡时的压强p = $\frac{100×7.2}{4}$kPa = 180kPa，p(CO₂)=$\frac{0.8}{7.2}$×180kPa = 20kPa，p(H₂)=$\frac{4}{7.2}$×180kPa = 100kPa，p(C₂H₅OH)=$\frac{0.2}{7.2}$×180kPa = 5kPa，p(H₂O)=$\frac{1.4}{7.2}$×180kPa = 35kPa，根据K⊖ = $\frac{[\frac{p(CO₂)}{p⊖}]²·[\frac{p(H₂)}{p⊖}]⁶}{ \frac{p(C₂H₅OH)}{p⊖}·[\frac{p(H₂O)}{p⊖}]³}$，代数得K⊖≈18.7。