高中化学人教版 (2019)选择性必修1整理与复习学案及答案

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1. (2022·江苏高考)乙醇－水催化重整可获得H2。其主要反应为( B )
C2H5OH(g)＋3H2O(g)2CO2(g)＋6H2(g) ΔH＝＋173.3 kJ/ml
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2. kJ/ml
在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如右图所示。已知：
CO的选择性＝eq \f(n生成CO,n生成CO2＋n生成CO)×100%，下列说法正确的是( B )
A．图中曲线①表示平衡时H2的产率随温度的变化
B. 升高温度，平衡时CO的选择性增大
C. 一定温度下，增大eq \f(nC2H5OH,nH2O)可提高乙醇的平衡转化率
D. 一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2的产率
[解析] A项，CO的选择性＝eq \f(n生成CO,n生成CO2＋n生成CO)×100%，CO2的选择性＝eq \f(n生成CO2,n生成CO2＋n生成CO)×100%，两者之和为1，由图知，曲线①和曲线③的交叉点为50%，所以曲线②表示平衡时H2的产率随温度的变化，错误；B项，升高温度时，曲线③上升，平衡时CO的选择性增大，正确；C项，增大eq \f(nC2H5OH,nH2O)时，平衡虽正向移动，根据勒夏特列原理知，只能削弱增加的n(C2H5OH)，不能消除，所以乙醇的平衡转化率减小，错误；D项，CaO可以吸收H2O和CO2，反应的化学方程式为CaO＋H2O===Ca(OH)2，Ca(OH)2＋CO2===CaCO3＋H2O，将两个反应叠加得：CaO＋CO2===CaCO3，即有H2O和CO2同时存在时，CO2一定会被吸收，CaO过量时再吸收H2O，对于反应1，CaO吸CO2，平衡正向移动，对于反应2，平衡逆向移动，都会导致H2的量增大，提高H2的产率；高效催化剂不可以改变平衡时H2的产率，只能增大反应速率，错误。
2. (2023·江苏高考)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
①CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－164.7 kJ/ml
②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ/ml
在密闭容器中，1.0×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶4时，CO2的平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2的实际转化率随温度的变化如右图所示。CH4的选择性可表示为eq \f(n生成CH4,n反应CO2)×100%。下列说法正确的是( D )
A．反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的ΔH＝－205.9 kJ/ml
B. CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C. 用该催化剂催化CO2反应的最佳温度范围为480～530℃
D. 450℃时，提高eq \f(n起始H2,n起始CO2)的值或增大压强，均能使CO2平衡转化率达到X点的值
[解析] 由盖斯定律可知反应2CO(g)＋2H2(g)CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－2×41.2 kJ/ml－164.7 kJ/ml＝－247.1 kJ/ml，A错误；CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH4的含量降低，故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低，B错误；由图可知温度范围约为350～400℃时CO2的实际转化率最高，为最佳温度范围，C错误；450℃时，提高eq \f(n起始H2,n起始CO2)的值可提高CO2的平衡转化率，增大压强反应①平衡正向移动，可提高CO2的平衡转化率，均能使CO2的平衡转化率达到X点的值，D正确。
3. CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应：
CH4(g)＋CO2(g)===2H2(g)＋2CO(g) ΔH＝＋247.1 kJ/ml
H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g) ΔH＝＋41.2 kJ/ml
在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1条件下，CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如右图所示。下列有关说法正确的是( D )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CO2的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1条件下，反应至CH4转化率达到X点的值，改变除温度外的特定条件继续反应，CH4转化率能达到Y点的值
[解析] CH4与CO2的反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CH4的转化率增大，CH4与CO2的反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，CH4的转化率减小， A错误；根据两个反应得到总反应为CH4(g)＋2CO2(g)===H2(g)＋3CO(g)＋H2O(g)，CH4与CO2的起始物质的量相等，CO2消耗量大于CH4，因此CO2的转化率大于CH4，曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化， B错误；使用高效催化剂，只能提高反应速率，但不能改变平衡转化率， C错误； 800 K 时CH4的转化率为X点，可以通过改变CO2的量来提高CH4的转化率，以达到Y点的值， D正确。
4. (2021·江苏高考)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℃时，CH4与H2O重整主要发生下列反应：
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)
已知CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s) ΔH＝－178.8 kJ/ml。向重整反应体系中加入适量多孔CaO，其优点是 吸收CO2，使平衡正向移动，提高H2的产率，同时提供热量 。
(2) CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝246.5 kJ/ml
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝41.2 kJ/ml
反应Ⅲ：2CO(g)===CO2(g)＋C(s) ΔH＝－172.5 kJ/ml
①在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g)，可减少C(s)的生成，反应3CH4(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)===4CO(g)＋8H2(g)的ΔH＝ 657.1 kJ/ml 。
②1.01×105 Pa下，将n起始(CO2)∶n起始(CH4)＝1∶1的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如下图所示。800℃下CO2的平衡转化率远大于600℃下CO2的平衡转化率，其原因是 由于反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔH＞0，高温下反应的平衡常数大，CO2的消耗量大，反应Ⅲ的ΔH＜0，高温下反应的平衡常数小，CO2的生成量小，所以800℃下CO2的平衡转化率远大于600℃ 下CO2的平衡转化率 。
[解析] (1)已知CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s) ΔH＝－178.8 kJ/ml，因此向重整反应体系中加入适量多孔CaO的优点是吸收CO2，使平衡正向移动，提高H2的产率，同时提供热量。(2)①依据盖斯定律可知Ⅰ×3－Ⅱ×2即得到反应3CH4(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)===4CO(g)＋8H2(g)的ΔH＝657.1 kJ/ml。