应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。
1．大气中CO2含量的增加会加剧温室效应, 为减少其排放, 需将工业生产中产生的CO2
分离出来进行储存和利用。
(1)CO2与NH3反应可合成化肥尿素[化学式为CO(NH2)2], 反应2NH3(g)＋CO2(g)
CO(NH2)2(l)＋H2O(g)在合成塔中进行。如图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成
塔中按不同氨碳比[n（NH3）n（H2O）
]和水碳比[]投料时二氧化碳转化率的情况。
n（CO2）n（CO2）
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值范围分别为0.6～0.7、1～1.1和1.5～1.61, 则生产中应选用水碳比的数值范围为____________。
②请推测生产中氨碳比控制在4.0左右还是控制在4.5左右比较适宜, 并简述你的理由_______________________________________
_____________________________________________________。
(2)CO2与H2也可用于合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。在体积可变
的恒压密闭容器中, 该反应在不同温度、不同投料比时, CO2的平衡转化率如图2所示。
①该反应的化学平衡常数的表达式为______________________ _____________________________________________________。 ②该反应的ΔS______0, ΔH______0(填“>”或“<”)。 ③700 K投料比[
n（H2）
]＝2时, H2的平衡转化率为____________。
n（CO2）
解析：(1)①由图象可知, 在相同条件下, 水碳比越小, CO2的转化率越高, 所以生产中应选用水碳比的数值范围为0.6～0.7。②氨碳比在4.0左右时CO2的转化率与4.5时相差不大, 所以生产中氨碳比控制在4.0左右比较适宜。氨碳比在4.5时, NH3的量增大较多, 而CO2转化率增加不大, 提高了生产成本。
(2)①反应CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)的化学平衡常数的表达式为K＝
c（H2O）·c（CH3OH）
。②该反应正反应方向是气体分子数减少的方向, 反应的ΔS<0, 由
c（CO2）·c3（H2）
于该反应在一定的条件下可以自发进行, 所以ΔH<0。③由图象可知, 700 K投料比
n（H2）
n（CO2）
＝2时, CO2的转化率为30%。假设H2和CO2的起始投料分别为2 mol和1 mol, 则CO2的变化量为1 mol×30%＝0.3 mol, 由反应方程式CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)求出
0.9 mol氢气的变化量为0.3 mol×3＝0.9 mol, 所以H2的平衡转化率为×100%＝45%。
2 mol
答案：(1)①0.6～0.7 ②4.0比较适宜；氨碳比在4.5时, NH3的量增大较多, 而CO2
转化率增加不大, 提高了生产成本
(2)①K＝
c（H2O）·c（CH3OH）
②< < ③45%
c（CO2）·c3（H2）
2．(2024·锦州模拟)二氧化碳的捕集、利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向, 发展成一项重要的新兴产业。
二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃, 起始时以0.1 MPa, n(H2)∶n(CO2)＝3∶1的投料比充入反应器中, 发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)
C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH。
(1)温度对CO2的平衡转化率和催化效率的影响如图1所示。
图中M点时, 乙烯的体积分数为________(保留两位有效数字)；为提高CO2的平衡转化率, 除改变温度外, 还可采取的措施有
_______________________________________________________ ___________________________________________(任写两条)。 (2)不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图2所示：
b曲线代表的物质是________；T1温度下的平衡转化率为________。
解析：(1)设H2的物质的量为3n mol, 则CO2的物质的量为n mol, 由图知, M点时CO2
的转化率为50%, 则有：
6H2(g)＋ 2CO2(g)
C2H4(g)＋4H2O(g)
n起始
/mol 3n n 0 0
n变化
/mol 1.5n 0.5n 0.25n n
nM点
/mol 1.5n 0.5n 0.25n n
0.25
乙烯的体积分数为×100%＝7.7%；提高CO2平衡转化率的措施还有：
1.5＋0.5＋0.25＋1增大压强、增大n(H2)∶n(CO2)的比值、将产物乙烯气体分离出来等。
(2)由图1可知, 升高温度, CO2的平衡转化率降低, 则正反应为放热反应, 图2表示的是不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量随温度的升高而变化, b曲线随温度的升高物质的量减小, 则为生成物, 且变化趋势大, 应该是化学计量数大的H2O(g), 即b曲线代表的物质是H2O(g)；起始时以H2和CO2投料, T1时n(H2)＝6 mol, n(H2O)＝4 mol, 生成4 mol H2O, 需反应6 mol H2, 则开始投料时n(H2)＝6 mol＋6 mol＝12 mol, 转化率为＝50%。
答案：(1)7.7%(或0.077) 增大压强、提高H2和CO2的物质的量的比值(或将产物乙烯气体分离出来等)
(2)H2O(g) 50%
3．(2024·攀枝花模拟)甲烷以天然气和可燃冰两种主要形式存在于地球上, 储量巨大, 充分利用甲烷对人类的未来发展具有重要意义。
(1)乙炔(CH≡CH)是重要的化工原料。工业上可用甲烷裂解法制取乙炔, 反应为：2CH4(g)
C2H2(g)＋3H2(g)。甲烷裂解时还发生副反应： 2CH4(g)
C2H4(g)＋6 mol
×100 mol
2H2(g)。甲烷裂解时, 几种气体平衡时分压(Pa)的对数即lg P与温度(℃)之间的关系如图所示。
①1 725 ℃时, 向恒容密闭容器中充入CH4, 达到平衡时CH4生成C2H2的平衡转化率为__________________________________。
②1 725 ℃时, 若图中H2的lgP＝5, 则反应2CH4(g)数Kp＝________________________________
(注：用平衡分压Pa代替平衡浓度mol·L进行计算)。 ③根据图判断, 2CH4(g)
－1
C2H2(g)＋3H2(g)的平衡常
C2H2(g)＋3H2(g)ΔH________0(填“＞”或“＜”)。由
图可知, 甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成。为提高甲烷制乙炔的产率, 除改变温度外, 还可采取的措施有
_______________________________________________________ _____________________________________________________。
(2)工业上用甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下制得合成气(CO、H2), 发生反应为CH4(g)＋H2O(g)
CO(g)＋3H2(g) ΔH＞0
图中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1 MPa、2 MPa时甲烷含量曲线, 其中表示1 MPa的是________(填字母)。在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件, 运用化学反应速率和平衡知识, 同时考虑实际生产, 说明选择该反应条件的主要原因是
_______________________________________________________ _____________________________________________________。
解析：(1)①由图可知, 在1 725 ℃达到平衡时, CH4、C2H2、C2H4的平衡分压的对数分别为2、2、1, 故其CH4、C2H2、C2H4的平衡分压分别为100 Pa、100 Pa、10 Pa, 在同温同体积条件下, 不同气体的压强之比等于其物质的量之比, 故CH4、C2H2、C2H4的物质的量之比10×2为10∶10∶1, 由C原子守恒可知, CH4生成C2H2的平衡转化率为×100%＝
10＋10×2＋1×262.5%。②1 725 ℃时, 若图中H2的lgP＝5, 则反应2CH4(g)
5
3
C2H2(g)＋3H2(g)的平
100×（10）13
衡常数Kp＝＝1×10。③根据图可知, C2H2的平衡分压随温度升高而增大, 所2100
2024年高考化学一轮复习高考热考题型攻关十一含解析 208
