《2025年天利38套五年真题高考试题分类化学》

1. (2025·安徽卷,15分)Ⅰ.通过甲酸分解可获得超高纯度的${CO}$。甲酸有两种可能的分解反应:
①${HCOOH(g)\xlongequal{}CO(g) + H_{2}O(g)}\ \ \Delta H_{1}=+26.3\ {kJ/mol}$
②${HCOOH(g)\xlongequal{}CO_{2}(g) + H_{2}(g)}\ \ \Delta H_{2}=-14.9\ {kJ/mol}$
(1)反应${CO(g) + H_{2}O(g)\xlongequal{}CO_{2}(g) + H_{2}(g)}$的$\Delta H=$-41.2 ${kJ/mol}$。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的${HCOOH(g)}$,发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是bc (填标号)。
a.气体密度不变
b.气体总压强不变
c.${H_{2}O(g)}$的浓度不变
d.${CO}$和${CO_{2}}$的物质的量相等
(3)一定温度下,使用某催化剂时反应历程如图,反应①的选择性接近100%,原因是反应①的活化能小于反应②(反应①是动力学优势反应)，在该温度下，反应①的反应速率远大于反应② ;升高温度,反应历程不变,反应①的选择性下降,可能的原因是升高温度，反应②速率增大程度大于反应①或催化剂部分失活 。

Ⅱ.甲烷和二氧化碳重整是制取合成气(${CO}$和${H_{2}}$)的重要方法,主要反应有:
③${CH_{4}(g) + CO_{2}(g)⇌ 2CO(g) + 2H_{2}(g)}$
④${CO_{2}(g) + H_{2}(g)⇌ CO(g) + H_{2}O(g)}$
⑤${CH_{4}(g) + H_{2}O(g)⇌ CO(g) + 3H_{2}(g)}$
(4)恒温恒容条件下,可提高${CH_{4}}$转化率的措施有b (填标号)。
a.增加原料中${CH_{4}}$的量
b.增加原料中${CO_{2}}$的量
c.通入${Ar}$气
(5)恒温恒压密闭容器中,投入不同物质的量之比的${CH_{4}/CO_{2}/Ar}$混合气,投料组成与${CH_{4}}$和${CO_{2}}$的平衡转化率之间的关系如图所示。

ⅰ.投料组成中${Ar}$含量下降,平衡体系中$n({CO}):n({H_{2}})$的值将增大 (填“增大”“减小”或“不变”)。
ⅱ.若平衡时${Ar}$的分压为$p\ {kPa}$,根据$a$、$b$两点计算反应⑤的平衡常数$K_{p}=$0.675p² $({kPa})^{2}$(用含$p$的代数式表示,$K_{p}$是用分压代替浓度计算的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。

答案： 1.(15分)
(1)-41.2
(2)bc
(3)反应①的活化能小于反应②(反应①是动力学优势反应)，在该温度下，反应①的反应速率远大于反应② 升高温度，反应②速率增大程度大于反应①或催化剂部分失活
(4)b
(5)i.增大 ii.0.675p²
[解析]化学反应原理综合
(1)反应$CO(g)+H_2O(g)\rightleftharpoons CO_2(g)+H_2(g)$可由反应② - 反应①得到，由盖斯定律可知其$\Delta H = - 14.9$kJ/mol - 26.3kJ/mol = - 41.2kJ/mol。
(2)反应前后气体的总质量和容器的总体积不变，则气体密度始终不变，不能判断是否达到平衡状态，a错误；反应①和反应②均为气体体积增大的反应，随着反应正向的进行，气体的总压强逐渐增大，当气体的总压强不变时，可以说明反应达到平衡状态，b正确；$H_2O(g)$的浓度不再改变，说明反应已经达到平衡状态，c正确；CO和$CO_2$的物质的量相等，不能说明两者浓度已不再改变，不能说明反应已经达到平衡状态，d错误。
(3)由历程图可知，反应①的活化能小于反应②，反应①为动力学优势反应，在一定温度下，反应②反应速率慢，几乎不反应，而反应①的反应速率快，选择性接近100%。升高温度，反应历程不变，反应①的选择性下降，可能的原因是反应②的活化能大，升高温度，其反应速率增大程度大于反应①或催化剂部分失活(在竞争体系中，低温有利于生成动力学优势产物，高温有利于生成热力学优势产物)。
(4)增加原料中$CH_4$的量，$CH_4$自身转化率下降，a错误；增加原料中$CO_2$的量，$CO_2$自身转化率下降，$CH_4$转化率增大，b正确；通入Ar气，各组分浓度不变，$CH_4$转化率不变，c错误。
(5)i.由图像可知，Ar由80%降至0的范围内，投料组成中Ar含量下降，$CO_2$的平衡转化率减小程度小于$CH_4$，说明反应④占比增大，则平衡体系中$n(CO):n(H_2)$的值将增大[恒温恒压条件下，投料组成中Ar含量下降，相当于增压，反应③和反应⑤平衡逆向移动，也能判断平衡体系中$n(CO):n(H_2)$的值将增大]。ii.设起始时通入的$n(Ar)=a$mol，则通入的$n(CO_2)=n(CH_4)=2a$mol，由图像可知该条件下，$CH_4$的平衡转化率为20%，$CO_2$的平衡转化率为30%，则反应消耗的$n(CO_2)=0.6a$mol，$n(CH_4)=0.4a$mol，平衡时$n_{平衡}(CO_2)=1.4a$mol，$n_{平衡}(CH_4)=1.6a$mol。设生成的CO、$H_2$、$H_2O$的物质的量分别为$x$mol、$y$mol、$z$mol，根据C原子守恒可得$x = 0.6a + 0.4a = a$；根据O原子守恒可得$x + z = 2×0.6a$，解得$z = 0.2a$；根据H原子守恒可得$2y + 2z = 0.4a×4$，解得$y = 0.6a$。平衡时，$n(Ar)=a$mol，分压为$p$kPa，则反应⑤的平衡常数$K_p = \frac{(\frac{a}{a}×p kPa)×(\frac{0.6a}{a}×p kPa)^3}{(\frac{1.6a}{a}×p kPa)×(\frac{0.2a}{a}×p kPa)} = 0.675p^2(kPa)^2$。