高三二轮高效复习主题巩固卷化学（双选）多平衡体系中图像的分析及反应条件的选择

[课下巩固检测练(二十六)]多平衡体系中图像的分析及反应条件的选择(非选择题每题10分)1．(2025·陕晋青宁高考节选)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：Ⅰ.MgCO3(s)=MgO(s)＋CO2(g)ΔH1＝＋101kJ·mol1Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－166kJ·mol1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)=H2O(g)＋CO(g)ΔH3＝＋41kJ·mol1回答下列问题：100kPa下，在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如图(反应Ⅲ在360℃以下不考虑)。注：含碳生成物的选择性＝eq\f(含碳生成物的物质的量,MgCO3转化的物质的量)×100%①表示CH4选择性的曲线是________(填字母)。②点M温度下，反应Ⅱ的Kp＝________(kPa)2(列出计算式即可)。③在550℃下达到平衡时，n(CO)＝________mol。500～600℃，随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是________________________________________________________________________________________________。解析：①360℃以下，曲线b、c对应的数值之和约为1，则其代表选择性曲线，反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，MgCO3的平衡转化率增大，则a为MgCO3的平衡转化率曲线。反应Ⅱ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH4的选择性降低，且反应Ⅲ在360℃以下不考虑，则c为CH4的选择性曲线。②点M温度下，MgCO3的平衡转化率为49.0%、CH4的选择性为50%(反应Ⅲ在360℃以下不考虑)，则MgCO3转化0.49mol，反应Ⅰ生成0.49molCO2，故反应Ⅱ中起始时CO2为0.49mol、H2为1mol，达平衡时CH4为0.245mol，列三段式： CO2(g) ＋ 4H2(g) = CH4(g) ＋ 2H2O(g)eq\o(\s\up7(起始量),\s\do5(/mol))0.49 1 0 0eq\o(\s\up7(转化量),\s\do5(/mol))0.2450.98 0.245 0.49eq\o(\s\up7(平衡量),\s\do5(/mol))0.2450.02 0.245 0.49平衡时气体的总物质的量为0.245mol＋0.02mol＋0.245mol＋0.49mol＝1mol，平衡时气体的总压强为100kPa。故反应Ⅱ的Kp＝eq\f(24.5kPa×(49kPa)2,24.5kPa×(2kPa)4)＝eq\f(492,24)(kPa)2。③由图可知，在550℃下达到平衡时，MgCO3的平衡转化率为100%，CH4选择性为10%，CO2选择性为70%，则根据C原子守恒和选择性的定义，CO选择性为20%，故CO的物质的量为1mol×20%＝0.2mol。答案：①c②eq\f(492,24)③0.2反应Ⅱ平衡逆向移动的程度大于反应Ⅲ平衡正向移动的程度2．精脱硫技术主要用于煤气中羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)的转化。回答下列问题：(1)利用焦炉煤气中的H2可脱除煤气中羰基硫(COS)。羰基硫氢化反应历程有途径Ⅰ和途径Ⅱ两种可能，如图所示：①已知羰基硫氢化反应速率较快，推测其更合理的反应历程是途径________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②反应COS(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2S(g)的ΔH＝________kJ·mol1。(2)MoS2可作羰基硫氢化反应的催化剂，催化机理如图所示：不同钼(Mo)含量的MoS2催化剂对COS转化率和H2S的选择性不同，实验数据如图所示。根据图中数据，选择________(填“3.4%Mo”或“8.7%Mo”)作催化剂效果最好；当H2S选择性低于100%时表明部分COS气体与催化剂发生了反应，催化剂有吸硫现象，若H2S选择性高于100%，可能的原因是____________________________________________________________________________________。解析：(1)①反应的活化能越大，反应速率越慢，由图可知，途径Ⅰ的活化能大于途径Ⅱ，所以反应速率较快的羰基硫氢化的反应历程是途径Ⅱ。答案：(1)①Ⅱ②b－a－c＋d－e(2)8.7%Mo催化剂本身在反应过程中有失硫现象3．CO2和H2合成甲烷也是CO2资源化利用的重要方法。对于反应CO2(g)＋4H2(g)⥬CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－165kJ·mol1，催化剂的选择是CO2甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂条件下反应相同时间，测得CO2转化率和生成CH4选择性随温度变化的影响如图所示：(1)高于320℃后，以Ni­CeO2为催化剂，CO2转化率略有下降，而以Ni为催化剂，CO2转化率仍在上升，其原因是________________________________________________________________________________________________。(2)对比上述两种催化剂的催化性能，工业上应选择的催化剂是________________，使用的合适温度为__________。答案：(1)320℃时，以Ni­CeO2为催化剂，CO2甲烷化反应已达平衡，升高温度平衡左移；以Ni为催化剂，CO2甲烷化反应速率较慢，升高温度反应速率加快，反应相同时间时CO2转化率增加(2)Ni­CeO2320℃4．二甲醚既是重要的工业品，也是燃料电池制氢的重要原料。二甲醚水蒸气重整制氢的总反应为CH3OCH3(g)＋(1＋2x)H2O(g)⥬(4＋2x)H2(g)＋(2－2x)CO(g)＋2xCO2(g)，其过程包括：Ⅰ.CH3OCH3(g)＋H2O(g)⥬2CH3OH(g)ΔH1＝＋23.6kJ·mol1Ⅱ.CH3OH(g)＋H2O(g)⥬CO2(g)＋3H2(g)ΔH2＝＋49.5kJ·mol1Ⅲ.CH3OH(g)⥬CO(g)＋2H2(g)ΔH3＝＋90.7kJ·mol1Ⅳ.CO(g)＋H2O(g)⥬CO2(g)＋H2(g)ΔH4＝－41.2kJ·mol1CO2的选择性(eq\f(产生CO2的物质的量,产生CO和CO2的总物质的量))与水醚比[eq\f(n(H2O),n(CH3OCH3))]和温度的关系如图1所示；423K时，平衡时H2的物质的量分数与水醚比的关系如图2所示：(1)图1中相同温度下，水醚比越大，CO2的选择性越高的原因是________________________________________________________________；相同水醚比时，温度升高，CO2的选择性降低的原因是_______________________________________________________________________________。(2)图2中水醚比大于3时，随水醚比的增大H2的物质的量分数减小的原因是__________________