《2025年168优化重组卷五年高考真题分类汇编高中化学全一册通用版》

6.(2021·湖南卷节选)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据

在一定温度下，利用催化剂将$NH_3$分解为$N_2$和$H_2$。回答下列问题：
(1)反应$2NH_3(g)⇌N_2(g)+3H_2(g)$ $\triangle H=$ kJ·mol⁻¹；
(2)已知该反应的$\triangle S=198.9J·mol⁻¹·K⁻¹$。在下列哪些温度下反应能自发进行?
(填标号)；
A.$25^∘C$
B.$125^∘C$
C.$225^∘C$
D.$325^∘C$

答案： 6.解析
(1)$\Delta H$=反应物键能总和-生成物键能总和，根据化学方程式以及表格中数据可得$\Delta H = 390.8 kJ · mol^{-1} × 3 × 2 - (946 kJ · mol^{-1} + 436.0 kJ · mol^{-1} × 3) = +90.8 kJ · mol^{-1} $。
(2)若反应能自发进行，则$\Delta G = \Delta H - T \Delta S ＜ 0$，代入数据，$\Delta G = \Delta H - T \Delta S = 90.8 × 10^3 J · mol^{-1} - T × 198.9 J · mol^{-1} · K^{-1} ＜ 0$，则$T ＞ 456.5 K$，转化成摄氏温度，则$T ＞ 183.5 ° C$，故选C、D。
答案
(1)$+90.8$
(2)CD

7.(2021·河北卷节选)当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点，因此，研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知$25^∘C$时，相关物质的燃烧热数据如下表：

则$25^∘C$时$H_2(g)$和$C$(石墨，s)生成$C_6H_6(l)$的热化学方程式为
。

答案： 7.解析 由题给燃烧热数据可得，①$H_2(g) + \frac{1}{2} O_2(g) = H_2O(1)$ $\Delta H_1 = -285.8 kJ · mol^{-1} $，②$C( 石墨, s) + O_2(g) = CO_2(g)$ $\Delta H_2 = -393.5 kJ · mol^{-1} $，③$C_6H_6(1) + \frac{15}{2} O_2(g) = 6CO_2(g) + 3H_2O(1)$ $\Delta H_3 = -3267.5 kJ · mol^{-1} $，根据盖斯定律，目标方程式可由$3 ×$①$+ 6 ×$②$-$③得到，其$\Delta H = (-285.8 kJ · mol^{-1}) × 3 + (-393.5 kJ · mol^{-1}) × 6 - (-3267.5 kJ · mol^{-1}) = +49.1 kJ · mol^{-1} $，故$H_2(g)$与C(石墨,s)生成$C_6H_6(1)$的热化学方程式为$3H_2(g) + 6C( 石墨, s) = C_6H_6(1)$ $\Delta H = +49.1 kJ · mol^{-1} $。
答案
(1)$3H_2(g) + 6C( 石墨, s) = C_6H_6(1)$

8.(2021·江苏卷)甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。

(1)$500^∘C$时，$CH_4$与$H_2O$重整主要发生下列反应：
$CH_4(g)+H_2O(g)⇌CO(g)+3H_2(g)$
$CO(g)+H_2O(g)⇌H_2(g)+CO_2(g)$
已知$CaO(s)+CO_2(g)=CaCO_3(s)$ $\triangle H=-178.8kJ·mol⁻¹$。向重整反应体系中加入适量多孔$CaO$，其优点是
。
(2)$CH_4$与$CO_2$重整的主要反应的热化学方程式为
反应I:$CH_4(g)+CO_2(g)=2CO(g)+2H_2(g)$ $\triangle H=246.5kJ·mol⁻¹$
反应II:$H_2(g)+CO_2(g)=CO(g)+H_2O(g)$ $\triangle H=41.2kJ·mol⁻¹$
反应III:$2CO(g)=CO_2(g)+C(s)$ $\triangle H=-172.5kJ·mol⁻¹$
①在$CH_4$与$CO_2$重整体系中通入适量$H_2O(g)$，可减少$C(s)$的生成，反应$3CH_4(g)+CO_2(g)+2H_2O(g)=4CO(g)+8H_2(g)$的$\triangle H=$ 。

②$1.01×10^5Pa$下，将$n_起始(CO_2):n_起始(CH_4)=1:1$的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中$CH_4$和$CO_2$的平衡转化率如图1所示。$800^∘C$下$CO_2$平衡转化率远大于$600^∘C$下$CO_2$平衡转化率，其原因是
。
(3)利用铜-铈氧化物$(xCuO·yCeO_2，Ce$是活泼金属)催化氧化可除去$H_2$中少量$CO$，催化氧化过程中$Cu、Ce$的化合价均发生变化，可能机理如图2所示。将$n(CO):n(O_2):n(H_2):n(N_2)=1:1:49:49$的混合气体以一定流速通过装有$xCuO·yCeO_2$催化剂的反应器，$CO$的转化率随温度变化的曲线如图3所示。
①$Ce$基态原子核外电子排布式为$[Xe]4f^15d^16s^2$，图2所示机理的步骤(i)中，元素$Cu、Ce$化合价发生的变化为
。
②当催化氧化温度超过$150^∘C$时，催化剂的催化活性下降，其可能原因是
。

答案： 8.解析
(1)已知$CaO(s) + CO_2(g) = CaCO_3(s)$ $\Delta H = -178.8 kJ · mol^{-1} $，因此向重整反应体系中加入适量多孔$CaO$的优点是吸收$CO_2$，使平衡正向移动，提高$H_2$的产率，同时提供热量。
(2)①反应I：$CH_4(g) + CO_2(g) = 2CO(g) + 2H_2(g)$ $\Delta H = 246.5 kJ · mol^{-1} $ 反应II：$H_2(g) + CO_2(g) = CO(g) + H_2O(g)$ $\Delta H = 41.2 kJ · mol^{-1} $ 依据盖斯定律可知$I × 3 - II × 2$即得到反应$3CH_4(g) + CO_2(g) + 2H_2O(g) = 4CO(g) + 8H_2(g)$的$\Delta H = 657.1 kJ · mol^{-1} $。 ②由于反应I和反应II的$\Delta H ＞ 0$，高温下反应的平衡常数大（反应正向进行程度大），$CO_2$的消耗量大，反应III的$\Delta H ＜ 0$，高温下反应的平衡常数小（反应正向进行程度小），$CO_2$的生成量小，所以800℃下$CO_2$平衡转化率远大于600℃下$CO_2$平衡转化率。
(3)①图2所示机理的步骤(i)中CO结合氧元素转化为二氧化碳，根据Cu、Ce两种元素的核外电子排布式可判断元素Cu、Ce化合价发生的变化为铜的化合价由+2变为+1价，铈的化合价由+4价变为+3价。 ②由于高温下，$Cu(+2$价)或$Cu(+1$价)被$H_2$还原为金属Cu，所以当催化氧化温度超过150℃时，催化剂的催化活性下降。
答案
(1)吸收$CO_2$，提高$H_2$的产率，提供热量
(2)①$657.1 kJ · mol^{-1} $ ②反应I和反应II的$\Delta H ＞ 0$，高温下反应的平衡常数大（反应正向进行程度大），$CO_2$的消耗量大，反应III的$\Delta H ＜ 0$，高温下反应的平衡常数小（反应正向进行程度小），$CO_2$的生成量小
(3)①铜的化合价由+2变为+1价，铈的化合价由+4价变为+3价 ②高温下，$Cu(+2$价)或$Cu(+1$价)被$H_2$还原为金属Cu