《2026年高考领航卷化学》

17.【2026届湖北省部分高中协作体9月联考】(14分)$CS_{2}$在化工生产中有重要作用,天然气法合成$CS_{2}$相关反应如下:
反应Ⅰ $CH_{4}(g) + 2S_{2}(g)=CS_{2}(g) + 2H_{2}S(g)$ $\Delta H_{1} = -104.71$kJ·mol$^{-1}$
反应Ⅱ $2CH_{4}(g) + S_{8}(g)=2CS_{2}(g) + 4H_{2}S(g)$ $\Delta H_{2} = +201.73$kJ·mol$^{-1}$
(1)$\Delta H_{1}$、$\Delta H_{2}$随温度变化不大。温度不同时,反应体系中$\frac{n(S_{2})}{n(S_{8})}$不同。合成$CS_{2}$总反应$CH_{4}(g) + xS_{8}(g) + (2 - 4x)S_{2}(g)=CS_{2}(g) + 2H_{2}S(g)$的$\Delta H$随温度T的变化如图。

①$S_{8}(g)=4S_{2}(g)$ $\Delta H=$______kJ·mol$^{-1}$。
②为提高$CH_{4}$平衡转化率,控制温度范围在______(填标号),理由是______。
A.400~450℃
B.650~700℃
C.750~800℃
D.800℃以上
(2)合成$CS_{2}$总反应中硫蒸气达到饱和时,反应时间t与$CH_{4}$初始浓度$c_{0}$和$CH_{4}$转化率α满足关系$t = \frac{1}{k· c_{0}}(\frac{\alpha}{1 - \alpha})$,式中k为速率常数。
①$T^{\circ}C$、$c_{0} = 1.0$mol·L$^{-1}$时,测得t=9.5s、α=95%,则k=______L·mol$^{-1}$·s$^{-1}$。
②$T^{\circ}C$时,计划在5s内转化率达90%,应控制初始浓度$c_{0}$大于______mol·L$^{-1}$。
(3)利用工业废气$H_{2}S$替代硫黄矿生产$CS_{2}$的反应为$CH_{4}(g) + 2H_{2}S(g)\rightleftharpoons CS_{2}(g) + 4H_{2}(g)$。反应物投料比采用$n(CH_{4}):n(H_{2}S) = 1:2$,维持体系压强为100kPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图。

①图中表示$CS_{2}$的曲线是______(填"a""b""c"或"d")。
②950℃时,该反应的$K_{p}$=______(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
③相比以硫黄矿为原料,使用$H_{2}S$的优点是______,缺点是______。

答案：
(1)①+411.15(2分，少写“+”不扣分)　②B(1分)
650℃以下总反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，CH₄转化率增大；700℃以上总反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH₄转化率减小(2分，一方面1分)
(2)①2(1分)　②0.9(1分)
(3)①b(1分)　②10⁴(2分)　③变废为宝，减小污染(2分，其他合理答案也可)　反应温度更高、耗能更大(2分，其他合理答案也可)
化学反应原理的应用　
(1)①由盖斯定律可知，反应Ⅱ - 2×反应Ⅰ得S₈(g) = 4S₂(g)　ΔH = +411.15kJ·mol⁻¹。②由图可知，650℃以下总反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CH₄转化率增大；700℃以上总反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH₄转化率减小，CH₄平衡转化率在650~700℃之间达到峰值，故为提高CH₄平衡转化率，控制温度范围在650~700℃。
(2)①T℃、c₀ = 1.0mol·L⁻¹时，测得t = 9.5s、α = 95%，代入关系式得9.5s = $\frac{1}{k×1.0mol·L⁻¹}$×$\frac{0.95}{1 - 0.95}$，解得k = 2L·mol⁻¹·s⁻¹。②T℃时，计划在5s内转化率达90%，则5s ＞ $\frac{1}{(2L·mol⁻¹·s⁻¹)c₀}$×$\frac{0.9}{1 - 0.9}$，c₀ ＞ 0.9mol·L⁻¹，应控制初始浓度c₀大于0.9mol·L⁻¹。
(3)①根据化学方程式体现的关系，可知图中表示CS₂的曲线是b。②950℃时，反应物投料比采用n(CH₄):n(H₂S) = 1:2，维持体系压强为100kPa，设CH₄、H₂S投料分别为1mol、2mol，达到平衡时转化amolCH₄，列三段式如下：
CH₄(g) + 2H₂S(g)⇌CS₂(g) + 4H₂(g)
起始量/mol　　1　　　　2　　　　　0　　　0
转化量/mol　　a　　　　2a　　　　a　　　4a
平衡量/mol　　1 - a　　2 - 2a　　　a　　　4a
由图可知，平衡时CH₄与CS₂的含量相等，则1 - a = a，解得a = 0.5，则甲烷、硫化氢、二硫化碳、氢气的物质的量分别为0.5mol、1mol、0.5mol、2mol，总的物质的量为4mol，则该反应的Kₚ = $\frac{p(CS₂)·p⁴(H₂)}{p(CH₄)·p²(H₂S)}$ = $\frac{\frac{0.5}{4}×p×(\frac{2}{4}×p)⁴}{\frac{0.5}{4}×p×(\frac{1}{4}×p)²}$ = 10⁴。③相比以硫黄矿为原料，使用H₂S的优点是可以变废为宝，减小污染；缺点是反应温度更高、耗能更大。