高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)高考熱考題型攻關(guān)11化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的陌生圖象題（含詳解）-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的陌生圖象題新課標(biāo)全國卷對化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡知識的考查，往往根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)實際，并結(jié)合陌生圖象，分析投料比、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的變化。該類題目信息量較大，綜合性較強，能夠充分考查學(xué)生讀圖、提取信息、解決問題的能力以及原理分析、規(guī)范描述的表達(dá)能力，該類題目在高考中常受到命題者的青睞。1．(全國卷Ⅱ)CH4-CO2催化重整可以得到合成氣(CO和H2)，在反應(yīng)中催化劑活性會因積碳反應(yīng)而降低，同時存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：項目積碳反應(yīng)CH4(g)=== C(s)＋2H2(g)消碳反應(yīng)CO2(g)＋C(s) ===2CO(g) ΔH/(kJ·mol－1)75172活化能/(kJ·mol－1)催化劑X3391催化劑Y4372(1)由上表判斷，催化劑X____Y(填“優(yōu)于”或“劣于”)，理由是___________________________________________________________________________________________________________。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強及反應(yīng)時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。升高溫度時，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是________(填標(biāo)號)。A．K積、K消均增加B．v積減小、v消增加C．K積減小、K消增加D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大(2)在一定溫度下，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時，不同p(CO2)下積碳量隨時間的變化趨勢如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為________________________。解析：(1)積碳反應(yīng)中，由于催化劑X的活化能比催化劑Y的活化能要小，所以催化劑X更有利于積碳反應(yīng)的進(jìn)行；而消碳反應(yīng)中，催化劑X的活化能大于催化劑Y，所以催化劑Y更有利于消碳反應(yīng)的進(jìn)行；綜合分析，催化劑X劣于催化劑Y。由表格可知積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，K積、K消均增加，溫度升高，反應(yīng)速率均增大，從圖象可知，隨著溫度的升高，催化劑表面的積碳量是減小的，所以v消增加的倍數(shù)要比v積增加的倍數(shù)大。(2)由速率方程表達(dá)式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v與p(CO2)成反比例關(guān)系，p(CO2)越大，反應(yīng)速率越小，所以pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2)。答案：(1)劣于　相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率小；而消碳反應(yīng)活化能相對小，消碳反應(yīng)速率大　AD(2)pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)2. (全國卷Ⅱ)丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備?；卮鹣铝袉栴}：(1)正丁烷(C4H10)脫氫制1-丁烯(C4H8)的熱化學(xué)方程式如下：①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)　ΔH1已知：②C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)ΔH2＝－119 kJ·mol－1③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH3＝－242 kJ·mol－1反應(yīng)①的ΔH1為__________kJ·mol－1。圖(a)是反應(yīng)①平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強的關(guān)系圖，x______0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應(yīng)采取的措施是________(填標(biāo)號)。A．升高溫度　　　　 B．降低溫度C．增大壓強 D．降低壓強(2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應(yīng)器(氫氣的作用是活化催化劑)，出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產(chǎn)率與進(jìn)料氣中的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是________________________________________________________________________________。(3)圖(c)為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590 ℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是________________________、_____________；590 ℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是_______________________________________________________________。解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，可得①＝②－③，則ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ·mol－1＋242 kJ·mol－1＝123 kJ·mol－1。反應(yīng)①為氣體總體積增大的反應(yīng)，在溫度相同時降低壓強有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，故x<0.1。反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，升高溫度有利于平衡正向移動，A項正確；降低壓強平衡向氣體總體積增大的方向移動，D項正確。(2)結(jié)合圖(b)可看出隨著增大，丁烯產(chǎn)率先升高后降低，這是因為氫氣是生成物，當(dāng)逐漸增大時，逆反應(yīng)速率加快，故丁烯的產(chǎn)率逐漸降低。(3)在590 ℃之前隨溫度升高丁烯產(chǎn)率逐漸增大，這是因為溫度升高不僅能加快反應(yīng)速率，還能促使平衡正向移動；但溫度高于590 ℃時，丁烯高溫裂解生成短鏈烴類，導(dǎo)致丁烯產(chǎn)率快速降低。答案：(1)123　小于　AD　(2)氫氣是產(chǎn)物之一，隨著增大，逆反應(yīng)速率增大(3)升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行　溫度升高反應(yīng)速率加快　丁烯高溫裂解生成短鏈烴類解答該類題目要注意的步驟第一步：識別圖象類型。即明確橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的含義，理清線和點(平臺、折線、拐點等)的關(guān)系。第二步：把握反應(yīng)特點。即分析可逆反應(yīng)化學(xué)方程式，觀察物質(zhì)的狀態(tài)、氣態(tài)物質(zhì)分子數(shù)的變化(正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，還是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng))、反應(yīng)熱(正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，還是吸熱反應(yīng))等。第三步：聯(lián)想平衡原理。聯(lián)想化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動原理，特別是影響因素及使用前提條件等。第四步：數(shù)形結(jié)合解答。圖表與原理整合，逐項分析圖表，重點看圖表是否符合可逆反應(yīng)的特點、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理。1．大氣中CO2含量的增加會加劇溫室效應(yīng)，為減少其排放，需將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離出來進(jìn)行儲存和利用。(1)CO2與NH3反應(yīng)可合成化肥尿素[化學(xué)式為CO(NH2)2]，反應(yīng)2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)在合成塔中進(jìn)行。如圖1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條曲線為合成塔中按不同氨碳比[]和水碳比[]投料時二氧化碳轉(zhuǎn)化率的情況。①曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的數(shù)值范圍分別為0.6～0.7、1～1.1和1.5～1.61，則生產(chǎn)中應(yīng)選用水碳比的數(shù)值范圍為____________。②請推測生產(chǎn)中氨碳比控制在4.0左右還是控制在4.5左右比較適宜，并簡述你的理由____________________________________________________________________________________________。(2)CO2與H2也可用于合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。在體積可變的恒壓密閉容器中，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖2所示。①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為___________________________________________________________________________。②該反應(yīng)的ΔS______0，ΔH______0(填“>”或“<”)。③700 K投料比[]＝2時，H2的平衡轉(zhuǎn)化率為____________。解析：(1)①由圖象可知，在相同條件下，水碳比越小，CO2的轉(zhuǎn)化率越高，所以生產(chǎn)中應(yīng)選用水碳比的數(shù)值范圍為0.6～0.7。②氨碳比在4.0左右時CO2的轉(zhuǎn)化率與4.5時相差不大，所以生產(chǎn)中氨碳比控制在4.0左右比較適宜。氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2轉(zhuǎn)化率增加不大，提高了生產(chǎn)成本。(2)①反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為K＝。②該反應(yīng)正反應(yīng)方向是氣體分子數(shù)減少的方向，反應(yīng)的ΔS<0，由于該反應(yīng)在一定的條件下可以自發(fā)進(jìn)行，所以ΔH<0。③由圖象可知，700 K投料比＝2時，CO2的轉(zhuǎn)化率為30%。假設(shè)H2和CO2的起始投料分別為2 mol和1 mol，則CO2的變化量為1 mol×30%＝0.3 mol，由反應(yīng)方程式CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)求出氫氣的變化量為0.3 mol×3＝0.9 mol，所以H2的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%＝45%。答案：(1)①0.6～0.7　②4.0比較適宜；氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2轉(zhuǎn)化率增加不大，提高了生產(chǎn)成本(2)①K＝　②<　<　③45%2．(2019·錦州模擬)二氧化碳的捕集、利用與封存是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向，發(fā)展成一項重要的新興產(chǎn)業(yè)。二氧化碳催化加氫合成低碳烯烴，起始時以0.1 MPa，n(H2)∶n(CO2)＝3∶1的投料比充入反應(yīng)器中，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。(1)溫度對CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和催化效率的影響如圖1所示。圖中M點時，乙烯的體積分?jǐn)?shù)為________(保留兩位有效數(shù)字)；為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施有__________________________________________________________________________________________________(任寫兩條)。(2)不同溫度下平衡時的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量如圖2所示：b曲線代表的物質(zhì)是________；T1溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率為________。解析：(1)設(shè)H2的物質(zhì)的量為3n mol，則CO2的物質(zhì)的量為n mol，由圖知，M點時CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，則有：6H2(g)＋ 2CO2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)n起始/mol　　　　3n　　　　n　　　　　0　　　　0n變化/mol 1.5n 0.5n 0.25n nnM點/mol 1.5n 0.5n 0.25n n乙烯的體積分?jǐn)?shù)為×100%＝7.7%；提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的措施還有：增大壓強、增大n(H2)∶n(CO2)的比值、將產(chǎn)物乙烯氣體分離出來等。(2)由圖1可知，升高溫度，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，圖2表示的是不同溫度下平衡時的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度的升高而變化，b曲線隨溫度的升高物質(zhì)的量減小，則為生成物，且變化趨勢大，應(yīng)該是化學(xué)計量數(shù)大的H2O(g)，即b曲線代表的物質(zhì)是H2O(g)；起始時以H2和CO2投料，T1時n(H2)＝6 mol，n(H2O)＝4 mol，生成4 mol H2O，需反應(yīng)6 mol H2，則開始投料時n(H2)＝6 mol＋6 mol＝12 mol，轉(zhuǎn)化率為×100%＝50%。答案：(1)7.7%(或0.077)　增大壓強、提高H2和CO2的物質(zhì)的量的比值(或?qū)a(chǎn)物乙烯氣體分離出來等)(2)H2O(g)　50%3．(2019·攀枝花模擬)甲烷以天然氣和可燃冰兩種主要形式存在于地球上，儲量巨大，充分利用甲烷對人類的未來發(fā)展具有重要意義。(1)乙炔(CH≡CH)是重要的化工原料。工業(yè)上可用甲烷裂解法制取乙炔，反應(yīng)為：2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)。甲烷裂解時還發(fā)生副反應(yīng)： 2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)。甲烷裂解時，幾種氣體平衡時分壓(Pa)的對數(shù)即lg P與溫度(℃)之間的關(guān)系如圖所示。①1 725 ℃時，向恒容密閉容器中充入CH4，達(dá)到平衡時CH4生成C2H2的平衡轉(zhuǎn)化率為__________________________________。②1 725 ℃時，若圖中H2的lgP＝5，則反應(yīng)2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的平衡常數(shù)Kp＝________________________________(注：用平衡分壓Pa代替平衡濃度mol·L－1進(jìn)行計算)。③根據(jù)圖判斷，2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)ΔH________0(填“＞”或“＜”)。由圖可知，甲烷裂解制乙炔過程中有副產(chǎn)物乙烯生成。為提高甲烷制乙炔的產(chǎn)率，除改變溫度外，還可采取的措施有____________________________________________________________________________________________________________。(2)工業(yè)上用甲烷和水蒸氣在高溫和催化劑存在的條件下制得合成氣(CO、H2)，發(fā)生反應(yīng)為CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＞0圖中a、b、c、d四條曲線中的兩條代表壓強分別為1 MPa、2 MPa時甲烷含量曲線，其中表示1 MPa的是________(填字母)。在實際生產(chǎn)中采用圖中M點而不是N點對應(yīng)的反應(yīng)條件，運用化學(xué)反應(yīng)速率和平衡知識，同時考慮實際生產(chǎn)，說明選擇該反應(yīng)條件的主要原因是____________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)①由圖可知，在1 725 ℃達(dá)到平衡時，CH4、C2H2、C2H4的平衡分壓的對數(shù)分別為2、2、1，故其CH4、C2H2、C2H4的平衡分壓分別為100 Pa、100 Pa、10 Pa，在同溫同體積條件下，不同氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，故CH4、C2H2、C2H4的物質(zhì)的量之比為10∶10∶1，由C原子守恒可知，CH4生成C2H2的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%＝62.5%。②1 725 ℃時，若圖中H2的lgP＝5，則反應(yīng)2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的平衡常數(shù)Kp＝＝1×1013。③根據(jù)圖可知，C2H2的平衡分壓隨溫度升高而增大，所以反應(yīng)2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)為吸熱反應(yīng)，故其ΔH>0。由圖可知，甲烷裂解制乙炔過程中有副產(chǎn)物乙烯生成。為提高甲烷制乙炔的產(chǎn)率，除改變溫度外，還可采取的措施有充入適量乙烯使2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)的平衡向逆反應(yīng)方向移動，或使用對甲烷轉(zhuǎn)化為乙炔的選擇性更高的催化劑等。(2)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＞0，該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)，平衡時甲烷的含量隨溫度升高而減小、隨壓強增大而增大，所以，圖中a、b、c、d四條曲線中表示1 MPa的是a。在實際生產(chǎn)中采用圖中M點而不是N點對應(yīng)的反應(yīng)條件，類比工業(yè)上合成氨條件的選擇可知，選擇該反應(yīng)條件的主要原因是與2 MPa的壓強相比，1 MPa條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率更高，對設(shè)備要求不高，有利于降低成本，雖然溫度越高越有利于提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，但700 ℃時CH4的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，再升高溫度，平衡轉(zhuǎn)化率變化不大；700 ℃時催化劑活性高，反應(yīng)的速度快。答案：(1)①62.5%　②1×1013　③＞　充入適量乙烯(或使用選擇性更高的催化劑等)(2)a　與2 MPa的壓強相比，1 MPa條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率更高，對設(shè)備要求不高，有利于降低成本；雖然溫度越高越有利于提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，但700 ℃時CH4的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，再升高溫度，平衡轉(zhuǎn)化率變化不大；700 ℃時催化劑活性高，反應(yīng)的速率快4．磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸排出的工業(yè)廢渣，主要成分是CaSO4·2H2O。用不同的還原劑可以將CaSO4還原，所得SO2可用于工業(yè)生產(chǎn)硫酸。(1)以CO作還原劑，改變反應(yīng)溫度可得到不同的產(chǎn)物。不同溫度下反應(yīng)后所得固體成分的物質(zhì)的量如圖1所示。在低于800 ℃時主要還原產(chǎn)物為____________；高于800 ℃時CaS減少的原因是______________________________________(用化學(xué)方程式表示)。(2)以高硫煤為還原劑焙燒2.5 h，不同條件對硫酸鈣轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示。CaCl2的作用是___________________________________________________________________________________；當(dāng)溫度高于1 200 ℃時，無論有無CaCl2存在，CaSO4的轉(zhuǎn)化率趨于相同，其原因是_____________________________________________________________________________________________。 (3)以C作還原劑，向密閉容器中加入相同質(zhì)量的幾組不同值(C與CaSO4的物質(zhì)的量比)的混合物在1 100 ℃加熱，結(jié)果如圖3所示。當(dāng)值為0.5時，反應(yīng)產(chǎn)物為CaO、SO2、CO2；當(dāng)值大于0.7時，反應(yīng)所得氣體中SO2的體積分?jǐn)?shù)不升反降，其可能原因是_______________________________________________________________。解析： (1)由圖示可知，在低于800 ℃時，還原的主要產(chǎn)物為CaS，在高于800 ℃ 時，得到的主要產(chǎn)物為CaO，則此時是CaS與CaSO4反應(yīng)生成CaO。(2)由圖示可看出，在高于1 200 ℃時，加入CaCl2與不加入CaCl2時CaSO4的轉(zhuǎn)化率相同，但較低溫度下加入CaCl2時轉(zhuǎn)化率高，故CaCl2的作用為催化劑。(3)當(dāng)值大于0.7時，原料中的還原劑C的含量增加，則高溫下過量的C與CO2發(fā)生反應(yīng)CO2＋C2CO，從而使得氣體總體積增大。答案：(1)CaS　CaS＋3CaSO44CaO＋4SO2↑(2)作催化劑　兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)，催化劑CaCl2不改變平衡狀態(tài)(3)CO2高溫下與過量C反應(yīng)生成CO，使氣體總體積增大(或部分轉(zhuǎn)化為其他含S物質(zhì))

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