2026版高考化学一轮复习第11章微题型114　经典化工反应的调控

微题型114经典化工反应的调控1.H2是一种有前途的清洁能源。利用CH4催化分解是一种极具潜力的H2生产方法，其反应如下：CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH1(1)各化学键的键能大小如下表，假设C(s)类似金刚石结构，则ΔH=kJ·mol-1，反应自发的条件是________(填“高温”“低温”或“任意温度”)。

化学键C—HC—CH—H键能(kJ·mol-1)413347436(2)CH4在催化剂表面分解制氢的步骤如下(“*”表示催化剂表面的活性位点)：Ⅰ：CH4+*=Ⅱ：CH4*+*=CⅢ：CH3*+*=CⅣ：……Ⅴ：CH*+*=C*+H*Ⅵ：……则反应过程中可能产生的副产物有乙烷、(填两种)。

(3)开发和研究甲烷分解制氢的高效催化剂的意义重大。①下列有关催化剂的描述正确的是(填字母)。

A.降低反应所需温度，减少能耗B.不参与化学反应，但能改变化学反应路径C.提高产物选择性，增大反应物平衡转化率D.降低反应活化能，提高单位体积内活化分子百分数②甲烷裂解制氢过程中催化剂的活性随着反应的进行越来越小的原因是。

(4)在100kPa下，按不同投料比n(Ar)∶n(CH4)投料进行该反应。①n(Ar)∶n(CH4)越大，CH4的转化率，其理由是。

②在750℃、100kPa条件下，投料比n(Ar)∶n(CH4)=3∶1反应达到平衡时，甲烷的转化率为a。甲烷裂解制氢的压强平衡常数Kp=kPa(已知：分压=总压×该组分物质的量分数)。

答案(1)+86高温(2)乙烯、乙炔(3)①AD②碳覆盖在催化剂的表面，减少了催化剂表面的活性位点(4)①越大相同温度和压强下，增大n(Ar)∶n(CH4)比值相当于减小压强，CH4(g)C(s)+2H2(g)平衡正向移动②4a解析(1)假设C(s)类似金刚石结构，1molC(s)中含有2molC—C，焓变=反应物总键能-生成物总键能，CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH=[413×4-(347+436)×2]kJ·mol-1=+86kJ·mol-1；该反应ΔH>0、ΔS>0，ΔG=ΔH-TΔS<0时反应能自发进行，则反应自发的条件是高温。(2)步骤Ⅱ得到CH3*，可生成CH3CH3，步骤Ⅲ得到CH2*，可生成CH2CH2，步骤Ⅳ为CH2*+*=CH*+H*(3)①催化剂能降低反应活化能，降低反应所需温度，减少能耗，故A正确；催化剂通过参与化学反应，改变化学反应路径，加快反应速率，故B错误；催化剂改变反应历程，但不影响平衡移动，反应物平衡转化率不变，故C错误；催化剂能降低反应活化能，提高单位体积内活化分子百分数，故D正确。(4)①相同温度和压强下，增大n(Ar)∶n(CH4)比值相当于减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动，则CH4(g)C(s)+2H2(g)平衡正向移动，所以n(Ar)∶n(CH4)越大，CH4的转化率越大。②在750℃、100kPa条件下，投料比n(Ar)∶n(CH4)=3∶1反应达到平衡时，甲烷的转化率为a。设甲烷的初始投料为xmol、Ar的初始投料为3xmol。CH4(g)C(s)+2H2(g)初始/molx0转化/molax2ax平衡/molx-ax2ax甲烷裂解制氢的压强平衡常数Kp=(2ax4x+2.(2024·云南大理模拟预测)氨是重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。(1)某研究小组模拟三种已装固体铁触媒催化剂的密闭容器装置，发生的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH1=-92.4kJ·mol-1。①在初始体积与温度相同的条件下，甲、乙、丙(如图)中均按1molN2、3molH2投料，达平衡时，三个容器中H2的转化率由大到小的顺序为(用“甲”“乙”或“丙”表示)。

②下列均能作为容器甲和容器乙达平衡标志的是(填字母)。

A.温度不变 B.密度保持不变C.压强保持不变 D.H2浓度保持不变③400℃，在容器丙中投入6molH2、2molN2进行反应时，放出akJ热量；若在500℃，投入3molH2、1molN2进行反应，放出bkJ热量，则a(填“>”“<”或“=”)2b。

(2)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在密闭容器中反应，不同压强下反应达平衡时氨的体积分数随温度变化情况如图所示：①图中压强由小到大的顺序为，判断的依据是。

②当p2=20MPa、xNH3=0.20时，反应物的转化率均为α，则α=，该温度下的平衡常数Kp=MPa-2(分压=总压×物质的量分数答案(1)①丙>甲>乙②CD③>(2)①p1<p2<p3合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的体积分数越大②33.3%1解析(1)①乙因为是绝热容器，该反应为放热反应，所以相对于甲，乙中温度比甲高，升高温度平衡逆向移动，H2的转化率降低；该反应为气体体积减小的反应，丙在恒压的条件下，甲相对于丙，相对于减小压强，平衡逆向移动，H2的转化率降低，综上所述，三个容器中H2的转化率由大到小的顺序为丙>甲>乙。②甲为恒温恒容的密闭容器，温度一直保持不变，不能用于判断该反应是否处于平衡状态，A错误；甲、乙均为恒容密闭容器，又由于该反应全为气体参加的反应，所以在恒容的密闭容器中密度始终保持不变，B错误；在恒容的密闭容器中，该反应为非等体积反应，所以压强不变时，该反应处于平衡状态，C正确；一定条件下，当反应达到平衡时，反应体系中所有参加反应的物质的浓度保持恒定不变，则H2浓度保持不变时，该反应处于平衡状态，D正确。③丙为恒温恒压的密闭体系，所以相同温度下在容器丙中分别投入6molH2、2molN2和3molH2、1molN2进行反应平衡不发生移动，则所释放的能量前者为后者的两倍。若前者反应温度为400℃，后者反应温度为500℃，且该反应为放热反应，所以平衡逆向移动，则前者释放的能量大于后者的两倍。(2)②平衡时反应物的转化率均为α，可知反应物是按化学计量数之比进行投料，假设投料中氢气和氮气的物质的量分别为3mol和1mol，达到平衡时氮气的变化量为xmol，则有：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)开始/mol130转化/molx3x