《2025年新课程学习指导高中化学选择性必修1人教版》

1. 贮氢技术是氢气作燃料的一大难题。有报道称镧（$La$） - 镍（$Ni$）合金材料$LaNi_{4}$有较大贮氢容量，其原理为$LaNi_{4}(s)+3H_{2}(g)\rightleftharpoons LaNi_{4}H_{6}(s)\ \Delta H=-31.8kJ\cdot mol^{-1}$。下列条件有利于该合金贮氢的是（ ）
A. 高温、低压
B. 低温、高压
C. 高温、高压
D. 低温、低压

答案： B

2. 稀土被称为新材料的宝库。稀土中的镧系离子可用离子交换法分离，其反应可表示为$Ln^{3 + }(aq)+3RSO_{3}H(s)\rightleftharpoons (RSO_{3})_{3}Ln(s)+3H^{+}(aq)$。某温度时，$c(H^{+})$随时间变化关系如上图所示。

下列说法正确的是（ ）
A. $t_{1}s$时的正反应速率大于$t_{2}s$时的逆反应速率
B. $t_{1}～t_{2}s$时间段的平均反应速率为$v(Ln^{3 + })=\frac{3(c_{2}-c_{1})}{t_{2}-t_{1}}mol\cdot L^{-1}\cdot s^{-1}$
C. $t_{3}s$时增大$c(H^{+})$，该平衡左移，平衡常数减小
D. $t_{3}s$时离子交换反应停止

答案： A

3. 煤的液化是获得清洁燃料的一种方式，主要是将煤转化成乙醇（$C_{2}H_{5}OH$）。有人设想先用煤与水蒸气反应生成一氧化碳，再通过下面的反应实现煤的液化：
$2CO(g)+4H_{2}(g)\rightleftharpoons C_{2}H_{5}OH(l)+H_{2}O(l)\ \Delta H=-342.5kJ\cdot mol^{-1}$
若要利用这个反应进行乙醇的工业化生产，应采取的措施有______________________。

答案： 增大压强，采用适宜的温度，使用催化剂，循环操作等

4. $N_{2}O$是常见的环境污染性气体。在四个不同容积的恒容密闭容器中按图甲充入相应的气体，发生反应：$2N_{2}O(g)\rightleftharpoons 2N_{2}(g)+O_{2}(g)$，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中$N_{2}O$的平衡转化率如图乙所示。

（1）若容器Ⅰ的体积为$2L$，反应在$370^{\circ}C$下进行，$20s$后达到平衡，则$0～20s$内容器Ⅰ中用$O_{2}$表示的反应速率为______________________。$B$点对应的平衡常数$K =$______（保留两位有效数字）。
（2）若容器Ⅳ的体积为$1L$，反应在$370^{\circ}C$下进行，则起始时反应______________________（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”）进行。
（3）图中$A$、$C$、$D$三点容器内气体密度由大到小的顺序是______________________。

答案： 解析：
(1)A点三段式为
$2N_{2}O(g)\rightleftharpoons 2N_{2}(g)+O_{2}(g)$
起始浓度/(mol·L⁻¹) 0.05 0 0
转化浓度/(mol·L⁻¹) 0.02 0.02 0.01
平衡浓度/(mol·L⁻¹) 0.03 0.02 0.01
所以$v(O_{2})=\frac{\Delta c}{\Delta t}=\frac{0.01\ mol\cdot L^{-1}}{20\ s}=0.0005\ mol\cdot L^{-1}\cdot s^{-1}$
A、B点温度相同，对应的平衡常数相等。B点对应的平衡常数：
$K = \frac{c(O_{2})\cdot c^{2}(N_{2})}{c^{2}(N_{2}O)}=\frac{0.01\times0.02^{2}}{0.03^{2}}\approx0.0044$
(2)容器Ⅳ的体积为1 L，370℃时，起始浓度分别为$c(N_{2}O)=0.06\ mol\cdot L^{-1}$，$c(N_{2}) = 0.06\ mol\cdot L^{-1}$，$c(O_{2}) = 0.04\ mol\cdot L^{-1}$，
$Q=\frac{c(O_{2})\cdot c^{2}(N_{2})}{c^{2}(N_{2}O)}=\frac{0.04\times0.06^{2}}{0.06^{2}} = 0.04＞K = 0.0044$，反应向逆反应方向进行。
(3)根据图像分析该反应为吸热反应，升高温度，平衡右移，$N_{2}O$的转化率增大，现在A、C、D三点转化率相同，说明A、C、D三点依次压缩体积，即密度依次增大。
答案：
(1)$0.0005\ mol\cdot L^{-1}\cdot s^{-1}$ 0.0044
(2)向逆反应方向
(3)D＞C＞A

探究任务（一）$CO_{2}$合成甲醇的化学反应选择
利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇，还需要寻找氢源。如果选取常见的氢气或水作为氢源，可能设计出以下两个反应：
①$CO_{2}(g)+3H_{2}(g)\xlongequal{\;\;}CH_{3}OH(g)+H_{2}O(g)$ $\Delta H = - 48.97kJ\cdot mol^{-1}$，$\Delta S = - 177.16J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}$
②$CO_{2}(g)+2H_{2}O(g)\xlongequal{\;\;}CH_{3}OH(g)+\frac{3}{2}O_{2}(g)$ $\Delta H = + 676.48kJ\cdot mol^{-1}$，$\Delta S = - 43.87J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}$
1. 反应①能否正向自发进行？理由是什么？若能正向自发进行，需要什么温度条件？
2. 反应②能否正向自发进行？理由是什么？

答案： 1. 提示：能正向自发进行，因为$\Delta H＜0,\Delta S＜0$，低温下可以正向自发进行。
2. 提示：不能正向自发进行，因为$\Delta H＞0,\Delta S＜0$，任何温度下都不能正向自发进行。

探究任务（二）$CO_{2}$合成甲醇的适宜反应条件的选择
研究发现，以二氧化碳和氢气为原料合成甲醇时，通常还伴随着以下副反应：$CO_{2}(g)+H_{2}(g)\xlongequal{\;\;}CO(g)+H_{2}O(g)$
$298K$时，该反应的焓变为$+41.17kJ\cdot mol^{-1}$，熵变为$+42.08J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}$。
资料1 不同$n(H_{2}):n(CO_{2})$对反应的影响见下表所示。

注：①$\alpha$为转化率，$\varphi$为产率，反应条件为温度$553K$、总压$2MPa$，催化剂为$CuO - ZnO - Al_{2}O_{3}$。
②在等温条件下，气体的总压不变，各气体的物质的量比值不变，则各气体的浓度就不变。
资料2 压强与温度对甲醇产率的影响如下图所示。

资料3 催化剂组成的改变对甲醇产率和选择性的影响如下表所示。

注：①反应条件为$n(H_{2}):n(CO_{2}) = 3:1$，温度$553K$，总压$4MPa$。
②$w\%$：质量分数。
③选择性：生成甲醇的二氧化碳在全部二氧化碳反应物中所占的比例。
④甲醇产率单位$[g\cdot(kg - 催化剂)^{-1}\cdot h^{-1}]$：单位质量催化剂在单位时间内所获得的产物量；该产率多称为时空收率，常用于评价催化剂活性。
1. 通过资料1中的数据你能得到什么结论？
2. 通过资料2中的图形变化，你能得到什么结论？
3. 通过资料3中的数据你能得到什么结论？
4. 在选择适宜的反应条件时，从上述素材中，一般要考虑哪些方面？具体考虑哪些外界因素？

答案： 1. 提示：增大氢气的比例可以提高二氧化碳的转化率和甲醇的产率。
2. 提示：由图1可知，增大压强能提高甲醇的产率；由图2可知，低温不是反应的最佳条件，在520 K左右时甲醇的产率最高。
3. 提示：合适的催化剂不仅能提高一定反应时间内的产率，还能提高选择性，减小副反应的影响。
4. 提示：一般要从化学平衡和反应速率，主反应和副反应等方面考虑。具体可考虑温度、浓度、压强和催化剂活性等因素。