以“化学反应原理”为主导的主观题增分强训(二)（Word练习）-【创新方案】2024年高考化学二轮复习专题辅导与测试（新教材Ⅱ）

以“化学反应原理”为主导的主观题增分强训(二) 1．CH4与CO2的干法重整(DRM)反应可同时转化两种温室气体，并制备CO和H2。主要反应如下： 反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1； 反应Ⅱ：CH4(g)＋3CO2(g)4CO(g)＋2H2O(g) ΔH2； 反应Ⅲ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3 已知：反应Ⅰ、Ⅱ的自发均需高温条件。 (1)上述三个反应的平衡常数Kp、 ΔH与温度T关系如图1所示。图中a点代表的是__________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)反应的ΔH，ΔH3＝______ kJ·mol－1。 (2)向密闭容器中，通入3 mol CO2和1 mol CH4，若仅考虑上述反应，平衡时CO2、CH4、CO、H2的物质的量随温度T的变化如图2所示。 900 K时，CH4的物质的量分数为________，用各物质的物质的量分数表示反应Ⅲ的平衡常数Kx＝________。900 K后随温度升高，H2物质的量减少的原因为______________________。 (3)DRM反应目前普遍存在的一个难题是积碳，该过程与两个反应有关①CH4Ni,C＋2H2　ΔH＞0；②2COC＋CO2　ΔH＜0。目前积碳问题的解决方案主要有两种： A．提高原料气中CO2的占比；B.在常规的Ni催化剂中添加MgO，使其在催化剂表面与Ni形成共熔物。试解释这两种方法可以有效抑制积碳的原因：________________________________________ ________________________________________________________________________ _____________________________________________________________(答出两条即可)。 (4)使用CaO/Fe3O4/Ni复合催化剂，可显著提高二氧化碳的转化率，实现碳氢分离，并得到富含CO的产物，催化机理如图3所示。请用化学方程式解释Fe3O4循环的原理：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)反应Ⅰ、Ⅱ的熵均增大，且自发均需高温条件，所以反应Ⅰ、Ⅱ的正反应均为吸热反应，由图1可知反应Ⅲ的ΔH3<0，由盖斯定律知ΔH2＋2ΔH3＝ΔH1，则ΔH1<ΔH2，故图中a点代表的是反应Ⅱ；反应Ⅲ的ΔH3＝(ΔH1－ΔH2)÷2＝[＋247 kJ·mol－1－(＋329 kJ·mol－1)]÷2＝－41 kJ·mol－1。(2)开始时向容器中加入3 mol CO2和1 mol CH4，据图2可知，900 K时容器中n(CO)＝n(CO2)＝1.85 mol，n(H2)＝0.95 mol；根据C元素守恒，体系中CH4的物质的量：n(CH4)＝1 mol＋3 mol－1.85 mol－1.85 mol＝0.3 mol，根据H元素守恒，体系中n(H2O)＝(1 mol×4－0.95 mol×2－0.3 mol×4)÷2＝0.45 mol，体系中CH4的物质的量分数为 ＝；反应体系的总物质的量n＝1.85 mol×2＋0.95 mol＋0.45 mol＋0.3 mol＝5.4 mol，反应Ⅲ的平衡常数： Kx＝＝＝；反应Ⅲ为放热反应，900 K后升温逆向进行的程度大。(4)结合催化机理图3所示，每一步的反应分别为Fe3O4＋4CO===3Fe＋4CO2、Fe3O4＋4H2===3Fe＋4H2O、3Fe＋4CO2===Fe3O4＋4CO或3Fe＋4CaCO3===4CaO＋Fe3O4＋4CO。 答案：(1)Ⅱ　－41　(2)　或2.1　反应Ⅲ为放热反应，900 K后反应Ⅲ逆向进行的程度大　(3)增大CO2浓度可以促使反应②平衡左移；MgO在Ni催化剂表面形成共熔物，减小了Ni催化剂的表面积，减慢了反应①的速率；MgO在Ni催化剂表面形成共熔物，因其显碱性更易吸附CO2，有利于CO2和C在催化剂表面的反应　(4)Fe3O4＋4CO===3Fe＋4CO2、Fe3O4＋4H2===3Fe＋4H2O、3Fe＋4CO2===Fe3O4＋4CO或3Fe＋4CaCO3===4CaO＋Fe3O4＋4CO 2．我国高含硫天然气资源丰富，天然气脱硫和甲烷与硫化氢重整制氢具有重要的现实意义，其反应原理之一为CH4(g)＋2H2S(g)CS2(g)＋4H2(g)。 (1