《2025年学霸高考黑题化学人教版》

(2025·山西太原二模)“一碳化学”是指以分子中只含有一个碳原子的化合物(如CO、CO₂、CH₃OH等)为原料合成一系列化工产品的化学。回答下列问题：
(1)已知：断开1 mol化学键所需能量如表所示。

则反应CO(g)+3H₂(g)⇌CH₄(g)+H₂O(g) ΔH=-194kJ·mol⁻¹；该反应在低温(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。
(2)甲醛在医药方面有重要用途。工业上可利用反应：CH₃OH(g)⇌HCHO(g)+H₂(g) ΔH₁=+85.2 kJ·mol⁻¹来合成甲醛。T℃时，向体积恒为2 L的密闭容器中充入8 mol CH₃OH(g)发生反应，5 min后反应达到平衡，测得混合体系中HCHO(g)的体积分数为20%。
①下列事实不能说明该反应已达到化学平衡状态的是DE(填字母)。
A. v正(HCHO)=v逆(CH₃OH) B. 体系压强保持不变
C. H₂体积分数保持不变 D. 混合气体的密度保持不变
E. 体系温度保持不变
②2.5 min内，v(CH₃OH)＞0.2 mol·(L·min)⁻¹(填“＞”“＜”或“=”)。
③起始压强为p₀，达到平衡时，Kₚ=$\frac{1}{12}p_{0}$(用含p₀的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
(3)在催化剂作用下，甲醇脱氢制甲醛的部分机理如下：
历程ⅰ CH₃OH→·H+·CH₂OH 历程ⅱ ·CH₂OH→·H+HCHO
历程ⅲ ·CH₂OH→3·H+CO 历程ⅳ ·H+·H→H₂
一定条件下测得相同时间内温度对甲醇的转化率(X)、甲醛的选择性(Y)的影响如下图所示[甲醛的选择性(Y)=n(生成的HCHO)/n(转化的CH₃OH)×100%]。550~750℃时，推测甲醛选择性变化的原因是$550~650℃$时，反应历程ii的速率大于反应历程iii的速率；$650~750℃$时，反应历程ii的速率小于反应历程i的速率。

答案： 巩固训练3
(1)$-194$　低温　
(2)①DE　②＞　③$\frac{1}{12}p_{0}$　
(3)$550~650℃$时，反应历程ii的速率大于反应历程iii的速率；$650~750℃$时，反应历程ii的速率小于反应历程i的速率
解析:
(2)①当$v_{正}(HCHO) = v_{逆}(CH_{3}OH)$时，说明反应已经达到平衡状态；体系压强保持不变，能说明反应已经达到平衡状态；氢气体积分数不变，可以说明反应已经达到平衡状态；该反应在体积不变的容器中进行，反应过程中混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度不变时，不能说明反应已经达到平衡状态；非绝热条件下，体系温度不变时，不能说明反应已经达到平衡状态；②平衡时混合体系中$HCHO(g)$的体积分数为$20\%$，若甲醇消耗的物质的量为$xmol$，则$\frac{x}{x + 8}×100\% = 20\%$，解得$x = 2$，所以$5min$内，$v(CH_{3}OH) = \frac{2mol}{2L×5min} = 0.2mol·(L·min)^{-1}$，则$2.5min$内，$v(CH_{3}OH) ＞ 0.2mol·(L·min)^{-1}$；③反应达到平衡时，$CH_{3}OH$、$HCHO$、$H_{2}$的物质的量分别为$6mol$、$2mol$、$2mol$，$p = 1.25p_{0}$，该条件下反应的平衡常数$K_{p} = \frac{\frac{2}{12}p_{0}×(\frac{2}{12}p_{0})^{3}}{\frac{6}{12}p_{0}×1.25p_{0}} = \frac{1}{12}p_{0}$。