《2025年天利38套五年真题高考试题分类化学》

1.【模块融合】(2025·河南卷,15分)${CaCO_{3}}$的热分解与${Ni_{x}P_{y}}$催化的${CH_{4}}$重整结合,可生产高纯度合成气(${H_{2} + CO}$),实现碳资源的二次利用。主要反应如下:
反应Ⅰ ${CaCO_{3}(s)⇌ CaO(s) + CO_{2}(g)}$ $\Delta H_{1}=+178\ kJ/mol$
反应Ⅱ ${CH_{4}(g) + CO_{2}(g)⇌ 2H_{2}(g) + 2CO(g)}$ $\Delta H_{2}=+247\ kJ/mol$
反应Ⅲ ${H_{2}(g) + CO_{2}(g)⇌ H_{2}O(g) + CO(g)}$ $\Delta H_{3}=+41\ kJ/mol$
回答下列问题:
(1)${Ca}$位于元素周期表中s区;基态${Ni^{2+}}$的价电子排布式为$3d^{8}$。
(2)水分子的VSEPR模型与其空间结构模型不同,原因是中心原子 O 有两个孤电子对。
(3)${Ni_{x}P_{y}}$的晶胞如图甲所示(晶胞参数$a = b \neq c$,$\alpha = \beta = 90^{\circ}$,$\gamma = 120^{\circ}$),该物质的化学式为$Ni_{2}P$。

(4)恒压条件下,${CH_{4}}$重整反应可以促进${CaCO_{3}}$分解,原因是$CH_{4}$重整会消耗$CO_{2}$,使反应Ⅰ平衡向右移动。
(5)在温度分别为$T_{1}$、$T_{2}$和$T_{3}$下,${CH_{4}}$的平衡转化率与压强的关系如图乙所示,反应温度最高的是$T_{1}$(填“$T_{1}$”“$T_{2}$”或“$T_{3}$”),原因是反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应，压强一定时，升温平衡右移，$CH_{4}$的平衡转化率增大。

(6)一定温度、$100\ kPa$下,向体系中加入$1.0\ mol\ {CaCO_{3}}$和$1.0\ mol\ {CH_{4}}$,假设此条件下其他副反应可忽略,恒压反应至平衡时,体系中${CaCO_{3}}$转化率为$80\%$,${CH_{4}}$转化率为$60\%$,${CO}$物质的量为$1.3\ mol$,反应Ⅲ的平衡常数$K_{p} =$1.2(保留小数点后一位),此时原位${CO_{2}}$利用率为70%。
已知:原位${CO_{2}}$利用率$= \dfrac{[n_{{CaCO_{3}}}(初始) - n_{{CaCO_{3}}}(平衡)] - n_{{CO_{2}}}(平衡)}{n_{{CaCO_{3}}}(初始)} × 100\%$

答案： 1.(15分)
(1)s $3d^{8}$
(2)中心原子 O 有两个孤电子对
(3)$Ni_{2}P$
(4)$CH_{4}$重整会消耗$CO_{2}$,使反应Ⅰ平衡向右移动
(5)$T_{1}$ 反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应，压强一定时，升温平衡右移，$CH_{4}$的平衡转化率增大
(6)1.2 70%
【解析】化学反应原理综合、物质结构与性质
(1)钙位于元素周期表的ⅡA族，属于s区。基态Ni原子的价电子排布式是$3d^{8}4s^{2}$,$Ni^{2+}$的价电子排布式是$3d^{8}$。
(2)水分子的VSEPR模型是四面体形，中心原子O有两个孤电子对，水分子的空间构型是V形。
(3)Ni位于晶胞的棱上、面上和内部，P位于晶胞的顶点和内部，利用均摊法算出每个晶胞中含有6个Ni、3个P，因此该物质的化学式为$Ni_{2}P$。
(5)反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应，压强一定时，升温平衡向右移动，$CH_{4}$的平衡转化率增大，从图中可看出$T_{1}$时$CH_{4}$的平衡转化率最大，因此反应温度最高的是$T_{1}$。
(6)体系达平衡时，$CaCO_{3}$的物质的量为0.2mol，CaO的物质的量为0.8mol，$CH_{4}$的物质的量为0.4mol，CO的物质的量为1.3mol，根据碳元素守恒可算出$CO_{2}$的物质的量为0.1mol，根据氧元素守恒可算出$H_{2}O(g)$的物质的量为0.1mol，根据氢元素守恒可算出$H_{2}$的物质的量为1.1mol，由于反应Ⅲ各物质的化学计量数均为1，反应前后气体分子数不变，因此可用各组分平衡时的物质的量代替平衡分压计算平衡常数[当反应前后气体分子数不变时，用平衡浓度表示的平衡常数$K_{c}$等于用平衡分压表示的平衡常数$K_{p}$，等于用平衡时的物质的量分数表示的平衡常数$K_{x}$]，$K_{p}=\frac{1.3×0.1}{1.1×0.1}\approx1.2$。原位$CO_{2}$利用率=$\frac{1mol - 0.2mol - 0.1mol}{1mol}×100\%=70\%$。