《2025年学霸高考黑题化学人教版》

巩固训练 1（2025·河南南阳三模）氢能是理想清洁能源，氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。回答下列问题：
(1)生物乙醇因其可再生性、高含氢量以及良好的储运安全性被称为绿色制氢原料。以下为三种乙醇制氢气的路线：
Ⅰ.选择性部分重整：C₂H₅OH(g)+H₂O(g)$\xlongequal{}$CH₃COOH(g)+2H₂(g) ΔH₁ = +41.8 kJ·mol⁻¹
Ⅱ.完全蒸汽重整：C₂H₅OH(g)+3H₂O(g)$\xlongequal{}$2CO₂(g)+6H₂(g) ΔH₂ = +173.3 kJ·mol⁻¹
Ⅲ.部分氧化：C₂H₅OH(g)+$\frac{3}{2}$O₂(g)$\xlongequal{}$2CO₂(g)+3H₂(g) ΔH₃
①已知 C₂H₅OH(g)+3O₂(g)$\xlongequal{}$2CO₂(g)+3H₂O(g) ΔH = -1 276.3 kJ·mol⁻¹，则 ΔH₃ = −551.5kJ·mol⁻¹。
②目前，路线Ⅰ为工业制氢气的理想路线，其优势体现为路线I产物为乙酸和氢气,不排放二氧化碳(或路线I产物为乙酸,乙酸利用价值高;或乙酸易液化,容易分离)(写出一条即可)。
(2)氨是化肥工业的主要原料。合成氨的反应为 N₂(g)+3H₂(g)$\xlongequal{}$2NH₃(g) ΔH = -92.4 kJ·mol⁻¹ ΔS = -200 J·K⁻¹·mol⁻¹。
①合成氨的反应在低温能自发进行，推动反应在该条件下自发进行的主要因素是反应的焓变(填“焓变”或“熵变”)。
②进一步研究发现，在 45℃、100 kPa 的条件下用“球磨法”能够合成氨，氨的体积分数可高达 82.5%。该法分为两个步骤（如图 1）。在多个恒容的相同密闭容器中，分别先通入不同量的 N₂，与铁粉碰撞生成[Fe(N*)]，再通入固定量的 H₂合成氨。达到平衡时，NH₃的含量随 N₂的压强变化趋势如图 2 所示。
说明图 2 中曲线Ⅱ的变化趋势，并解释其原因随着N₂压强的增大,NH₃的平衡体积分数逐渐减小,因为达到平衡时,气体总物质的量增加量大于NH₃的物质的量的增加量。与工业合成氨相比，“球磨法”合成氨的主要优点有反应条件温和且能耗低;平衡时氨的体积分数高,原料气利用率高(或反应温度低、常压、成本低)（列举两点）。

答案： 巩固训练1
(1)①−551.5 ②路线I产物为乙酸和氢气,不排放二氧化碳(或路线I产物为乙酸,乙酸利用价值高;或乙酸易液化,容易分离)
(2)①焓变 ②随着N₂压强的增大,NH₃的平衡体积分数逐渐减小,因为达到平衡时,气体总物质的量增加量大于NH₃的物质的量的增加量反应条件温和且能耗低;平衡时氨的体积分数高,原料气利用率高(或反应温度低、常压、成本低)
解析：
(1)①运用盖斯定律,ΔH=2ΔH₃−ΔH₂,即−1 276.3kJ·mol⁻¹=2ΔH₃−(+173.3kJ·mol⁻¹),解得ΔH=−551.5kJ·mol⁻¹。②路线I产物为乙酸和氢气,不排放二氧化碳(或路线I产物为乙酸,乙酸利用价值高;或乙酸易液化,容易分离)。
(2)①由ΔG=ΔH−TΔS,当ΔG＜0时,反应自发进行。ΔH=−92.4kJ·mol⁻¹,ΔS=−200J·K⁻¹·mol⁻¹,ΔH＜0,ΔS＜0,若使ΔG＜0,主因在ΔH,因为−TΔS＞0。故推动反应自发进行的主要因素是反应的“焓变”。②图2中曲线Ⅱ是NH₃的平衡体积分数,横坐标为N₂压强;根据合成氨反应N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g),恒容密闭容器中,增加N₂压强,增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动,NH₃的物质的量增加;同时气体总物质的量也增大,曲线呈下降趋势。说明随着N₂压强的增大,NH₃的平衡体积分数逐渐减小,因为达到平衡时,气体总物质的量增加量大于NH₃的物质的量的增加量;“球磨法”合成氨,在45℃、100kPa的条件下,氨的体积分数可达82.5%,工业合成氨的条件是高温、高压,氨的体积分数小。

巩固训练 2(2025·河南焦作三模)氨是重要化工原料，其工业合成原理为 N₂(g)+3H₂(g)$\xlongequal{}$2NH₃(g) ΔH＜0。回答下列问题：
(1)已知：ⅰ.H₂(g)+$\frac{1}{2}$O₂(g)$\xlongequal{}$H₂O(g) ΔH₁ = -a kJ·mol⁻¹；
ⅱ.4NH₃(g)+3O₂(g)$\xlongequal{}$2N₂(g)+6H₂O(g) ΔH₂ = -b kJ·mol⁻¹(a、b 都大于 0)。
则反应 N₂(g)+3H₂(g)$\xlongequal{}$2NH₃(g)的 ΔH = \frac{b-6a}{2}kJ·mol⁻¹(用含 a、b 的代数式表示)，利于该反应正向进行的条件为低温(填“低温”“高温”或“任意温度”)。
(2)向恒温恒容密闭容器中充入体积比 1:1 的 N₂和 H₂，发生反应 N₂(g)+3H₂(g)$\xlongequal{}$2NH₃(g)。下列情况表明该反应一定达到平衡状态的是BC(填字母，下同)。
A. 气体密度不随时间变化
B. 气体平均摩尔质量不随时间变化
C. 气体总压强不随时间变化
D. N₂体积分数不随时间变化
(3)下列关于 N₂(g)+3H₂(g)$\xlongequal{}$2NH₃(g) ΔH＜0 的叙述正确的是AC。
A. NH₃生成速率等于 N₂消耗速率的 2 倍
B. 若加入高效催化剂，平衡常数和反应热都会增大
C. 若起始按体积比 1:3 投入 N₂和 H₂，则 N₂和 H₂的转化率相等
(4)向 2 L 刚性密闭容器中充入 1 mol N₂和 3 mol H₂合成氨，经历相同时间测得 N₂转化率与温度及时间的关系如图 1 所示。
①温度：T₁＞(填“＞”或“＜”)T₂。
②T₁温度下，合成氨反应的平衡常数 K 为8.33(结果保留三位有效数字)。
(5)一定温度下，向体积可变的密闭容器中充入 1 mol N₂和 4 mol H₂合成 NH₃，测得 NH₃体积分数与压强关系如图 2 所示。
①ab 段 NH₃体积分数增大的原因是压强增大,反应速率加快,平衡正向移动,NH₃的体积分数增大；
②cd 段 NH₃体积分数急减的主要原因可能是压强过大,此时氨液化(或压强过大,催化剂活性降低等)。

答案： 巩固训练$2(1)\frac{b-6a}{2}kJ·mol⁻¹ $低温
(2)BC
(3)AC
(4)①＞ ②8.33
(5)①压强增大,反应速率加快,平衡正向移动,NH₃的体积分数增大 ②压强过大,此时氨液化(或压强过大,催化剂活性降低等)
解析：
(2)气体总质量不变、容器体积不变,密度是恒量,混合气体密度不随时间变化,反应不一定平衡,A错误;气体总质量不变,气体物质的量减少,混合气体平均摩尔质量是变量,混合气体平均摩尔质量不随时间变化,反应一定达到平衡状态,B正确;容器体积不变、气体物质的量减少,压强是变量,混合气体总压强不随时间变化,反应一定达到平衡状态,C正确;若投入a mol N₂、a mol H₂,N₂的转化量为x mol,由N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)
初始/mol a a 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol a−x a−3x 2x
可知N₂体积分数$=\frac{a-x}{2a-2x}×100%=50%,$即其始终为定值,不随时间变化,反应不一定平衡,D错误。
(3)同一反应方向的速率之比等于化学计量数之比,A正确;催化剂能改变化学反应速率,不能改变平衡常数和反应热,B错误;起始按化学计量数之比投料,转化按化学计量数之比反应,故转化率相等,C正确。
(4)①根据“先拐先平数值大”可知,T₁＞T₂;②根据图像可知,T₁温度下平衡时N₂转化率为60%,用三段式计算：
N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)
起始/mol 1 3 0
变化/mol 0.6 1.8 1.2
平衡/mol 0.4 1.2 1.2
平衡浓度/(mol·L⁻¹) 0.2 0.6 0.6
$K=\frac{0.6^{2}}{0.2×0.6^{3}}≈8.33。$
(5)由图像可知,ab段NH₃体积分数增大,原因是压强增大,反应速率加快,平衡正向移动,NH₃的体积分数增大;②由图像可知,cd段NH₃体积分数减小,其原因可能是压强过大,此时氨液化(或压强过大,催化剂活性降低等)。
(6)由题图可知,最适合吸收三氧化硫的浓硫酸质量分数为98.3%,最适合吸收的温度为60℃,此时SO₃吸收率最高。