《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》

17. (2025·陕晋宁青卷，15分)${MgCO_{3}/MgO}$循环在${CO_{2}}$捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用${MgCO_{3}}$与${H_{2}}$反应生成${CH_{4}}$的路线，主要反应如下：
Ⅰ.${MgCO_{3}(s)\xlongequal{}MgO(s) + CO_{2}(g)}\ \ \Delta H_{1} = +101\ kJ· mol^{-1}$
Ⅱ.${CO_{2}(g) + 4H_{2}(g)\xlongequal{}CH_{4}(g) + 2H_{2}O(g)}\ \ \Delta H_{2} = -166\ kJ· mol^{-1}$
Ⅲ.${CO_{2}(g) + H_{2}(g)\xlongequal{}H_{2}O(g) + CO(g)}\ \ \Delta H_{3} = +41\ kJ· mol^{-1}$
回答下列问题：
(1)计算${MgCO_{3}(s) + 4H_{2}(g)\xlongequal{}MgO(s) + 2H_{2}O(g) + CH_{4}(g)}\ \ \Delta H_{4} =$−65$ kJ· mol^{-1}$。
(2)提高${CH_{4}}$平衡产率的条件是B(填序号)。
A. 高温高压
B. 低温高压
C. 高温低压
D. 低温低压
(3)高温下${MgCO_{3}}$分解产生的$MgO$催化${CO_{2}}$与${H_{2}}$反应生成${CH_{4}}$，部分历程如图甲，其中吸附在催化剂表面的物种用$*$标注。所示步骤中最慢的基元反应是④(填序号)，生成水的基元反应方程式为HO*+CH*+H2+*→CH*+2H2O。

(4)$100\ kPa$下，在密闭容器中${H_{2}(g)}$和${MgCO_{3}(s)}$各$1\ mol$发生反应。反应物(${H_{2}}$、${MgCO_{3}}$)的平衡转化率和生成物(${CH_{4}}$、${CO_{2}}$)的选择性随温度变化关系如图乙、丙所示(反应Ⅲ在$360\ ^{\circ} C$以下不考虑)。

注：含碳生成物选择性$=\dfrac{ 含碳生成物的物质的量}{{MgCO_{3}}转化的物质的量}×100\%$。
①表示${CH_{4}}$选择性的曲线是c(填序号)。
②点$ M$温度下，反应Ⅱ的$K_{ p} =$$\frac{(100×0.245)×(100×0.49)^2}{(100×0.245)×(100×0.02)^4}$$( kPa)^{-2}$(列出计算式即可)。
③在$550\ ^{\circ} C$下达到平衡时，$n(CO) =$0.2$ mol$。$500～600\ ^{\circ} C$，随温度升高${H_{2}}$平衡转化率下降的原因可能是反应II逆向移动对H2的影响大于反应III正向移动对H2的影响。

答案： 17.[命题点]　化学反应原理综合，涉及盖斯定律、化学平衡移动、基元反应、化学平衡图像分析等
　解析　
(1)目标反应=反应I十反应II，根据盖斯定律，△H4=△H1+△H2=+101kJ.mol1−1+(−166kJ.mol1−1)
　=−65kJ.mol−1。
(2)反应II为气体分子数减少的放热反应，低温及高压条件下均有利于平衡正向移动，提高CH的平衡产率，故选B。
(3)最慢的基元反应为反应历程中活化能最大的步骤，由图甲可知，反应④的活化能最大，所以该步骤最慢;生成水的反应为③,其反应方程式为HO+CH+H2+H2OCH +2HO(或HO+CH+H+H+HO−CH+H+2HO、HO+CH+HCH+HO)。
(4)①360℃以下不考虑反应III,根据选择性的定义,此时
CH4与CO2的选择性相加为100%,结合点M附近区城放大图可知曲线b、c分别表示CH4或CO2的选择性;反应II放热，随温度升高平衡逆向移动，即CH4的选择性降低，反应I吸热，随温度升高平衡正向移动，CO2的选择性升高，所以曲线c 表示CH4的选择性。②曲线a表示MgCO的平衡转化率，100kPa下,H2和MgCO3的初始物质的量为1mol,由图丙可知点M温度下,MgCO的平衡转化率为49%,即△n(MgCO)
　=1mol×49%=0.49mol,且CH与CO2的选择性均为50%,即n(CH4)=n(CO2)=0.49mol×50%=0.245mol,列出三段式:
　反应I　　　MgCO(s)MgO(s)+CO2(g)
　n始/mol　　1　　　　　　　0　　　　　0
　n#/mol　　0.49　　　　　0.49　　　0.49
　n=/mol　　0.51　　　　　0.49　　　0.49
　反应II　　　CO(g)+4H(g)−CH4(g)+2HO(g)
　n/mol　　0.49　　　1　　　　　0　　　　0
　n转/mol　　0.245　　0.98　　　0.245　　0.49
　n平/mol　　0.245　　0.02　　　0.245　　0.49
　此时反应体系的气体总物质的量为0.245mol+0.02mol+0.245mol+0.49mol=1mol,n(H)=0.02mol,n(HO)=
　0.49　mol,即反应II的K=$\frac{p(CH).p²(HO)}{p(CO).p(H)}$=
　　　　　　　　　　　　　2
　$\frac{(100×025)×(100x)}{(100×0.25)×(10×0)}$(kPa)−2。③由图乙可知550℃时，MgCO的转化率为100%,CH的选择性为10%,CO的选择
性为70%,根据选择性定义可得n(CH)=1mol×10%=
　0.1mol,n(CO)=1mol×70%=0.7mol,结合C守恒,可得n((CO)=1mol−0.1mol−0.7mol=0.2mol;500~600°℃时,MgCO的平衡转化率为100%,只存在反应II、III两个平衡，随温度升高，反应II平衡逆向移动，使H的转化率降低，反应III平衡正向移动,使H的转化率升高，而综合之下体系中H的转化率降低，说明反应II逆向移动对H2的影响大于反应III正向移动对H2的影响。
　答案　
(1)−65　
(2)B
(3)④　　HO+CH+H2+HO一CH+2HO(或HO+CH2￥+H+H+HO−CH+H+2HO、HO+CH+HCH+HO)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2
(4)①c　②$\frac{(100×0.245)×(100×49)}{(100×0.245)×(100×0.02)}$　③0.2　　反应II逆向移动对H2的影响大于反应III正向移动对H2的影响