《2020年高考化学一轮复习高考热考题型攻关十一》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考化学一轮复习高考热考题型攻关十一（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化学反应速率与化学平衡的陌生图象题化学反应速率与化学平衡的陌生图象题 新课标全国卷对化学反应速率、化学平衡知识的考查，往往根据工业生产实际，并结 合陌生图象，分析投料比、转化率、产率的变化。该类题目信息量较大，综合性较强，能 够充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力以及原理分析、规范描述的表达能力， 该类题目在高考中常受到命题者的青睐。 1(2018全国卷)CH4CO2催化重整可以得到合成气(CO 和 H2)，在反应中催化剂活 性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表： 项目积碳反应 CH4(g)= C(s) 2H2(g) 消碳反应 CO2(g)C(s) =2
2、CO(g) H/(kJmol1) 75172 催化剂 X 3391 活化能/ (kJmol1)催化剂 Y 4372 (1)由上表判断，催化剂 X_Y(填“优于”或“劣于”)，理由是 _ _。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的 变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v) 的叙述正确的是_(填标号)。 AK积、K消均增加 Bv积减小、v消增加 CK积减小、K消增加 Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大 (2)在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2) 0.5(k为速率常数)。在p(
3、CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示， 则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。 解析：(1)积碳反应中，由于催化剂 X 的活化能比催化剂 Y 的活化能要小，所以催化剂 X 更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂 X 的活化能大于催化剂 Y，所以催化剂 Y 更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂 X 劣于催化剂 Y。由表格可知积碳反应、消 碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增 大，从图象可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数 要比v积增加的倍数大。 (2)由
4、速率方程表达式vkp(CH4)p(CO2)0.5可知，v与p(CO2)成反比例关系， p(CO2)越大，反应速率越小，所以pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。 答案：(1)劣于 相对于催化剂 X，催化剂 Y 积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小； 而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大 AD (2)pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 2. (2017全国卷)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列 问题： (1)正丁烷(C4H10)脱氢制 1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下： C4H10(g)=C4H8(g)H2(g) H1 已知：C4H10(g) O2(
5、g)=C4H8(g)H2O(g) 1 2 H2119 kJmol1 H2(g) O2(g)=H2O(g) H3242 kJmol1 1 2 反应的 H1为_kJmol1。图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强 的关系图，x_0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措 施是_(填标号)。 A升高温度 B降低温度 C增大压强 D降低压强 (2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化 催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中的关 n（氢气） n（丁烷） 系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是 _
6、 _。 (3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃 类化合物。丁烯产率在 590 之前随温度升高而增大的原因可能是 _、_； 590 之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_ _。 解析：(1)根据盖斯定律，可得，则 H1H2H3119 kJmol1242 kJmol1123 kJmol1。反应为气体总体积增大的反应，在温度相 同时降低压强有利于提高平衡转化率，故x”或“”)。 700 K 投料比2 时，H2的平衡转化率为_。 n（H2） n（CO2） 解析：(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
7、为 0.60.7。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)反应 CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)的化学平衡常数的表达式为K 。该反应正反应方向是气体分子数减少的方向，反应的 S0， c（H2O）c（CH3OH） c（CO2）c3（H2） 由于该反应在一定的条件下可以自发进行，所以 H0。由图象可知，700 K 投料比 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 m
8、ol， n（H2） n（CO2） 则 CO2的变化量为 1 mol30%0.3 mol，由反应方程式 CO2(g)3H2(g)CH3OH(g) H2O(g)求出氢气的变化量为 0.3 mol30.9 mol，所以 H2的平衡转化率为 100%45%。 0.9 mol 2 mol 答案：(1)0.60.7 4.0 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)K 0。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，还可采取的措施有充入适量乙烯使 2CH4(g)C2H4(g) 2H2(g)的平衡向逆反应
9、方向移动，或使用对甲烷转化为乙炔的选择性更高的催化剂等。 (2)CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g) H0，该反应为气体分子数增大的吸热 反应，平衡时甲烷的含量随温度升高而减小、随压强增大而增大，所以，图中 a、b、c、d 四条曲线中表示 1 MPa 的是 a。在实际生产中采用图中 M 点而不是 N 点对应的反应条件， 类比工业上合成氨条件的选择可知，选择该反应条件的主要原因是与 2 MPa 的压强相比，1 MPa 条件下 CH4的平衡转化率更高，对设备要求不高，有利于降低成本，虽然温度越高越有 利于提高 CH4的平衡转化率，但 700 时 CH4的平衡转化率已经较高，再升高温度，平
10、衡 转化率变化不大；700 时催化剂活性高，反应的速度快。 答案：(1)62.5% 11013 充入适量乙烯(或使用选择性更高的催化剂等) (2)a 与 2 MPa 的压强相比，1 MPa 条件下 CH4的平衡转化率更高，对设备要求不高， 有利于降低成本；虽然温度越高越有利于提高 CH4的平衡转化率，但 700 时 CH4的平衡 转化率已经较高，再升高温度，平衡转化率变化不大；700 时催化剂活性高，反应的速 率快 4磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是 CaSO42H2O。用不同的还原 剂可以将 CaSO4还原，所得 SO2可用于工业生产硫酸。 (1)以 CO 作还原剂，改变反应温
11、度可得到不同的产物。不同温度下反应后所得固体成 分的物质的量如图 1 所示。在低于 800 时主要还原产物为_；高于 800 时 CaS 减少的原因是_(用化学方程式表示)。 (2)以高硫煤为还原剂焙烧 2.5 h，不同条件对硫酸钙转化率的影响如图 2 所示。 CaCl2的作用是_ _； 当温度高于 1 200 时，无论有无 CaCl2存在，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是 _ _。 (3)以 C 作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同 值(C 与 CaSO4的物质的量 C S 比)的混合物在 1 100 加热，结果如图 3 所示。当 值为 0.5 时，反应产物为 C S CaO、S
12、O2、CO2；当 值大于 0.7 时，反应所得气体中 SO2的体积分数不升反降，其可能原因 C S 是_ _。 解析： (1)由图示可知，在低于 800 时，还原的主要产物为 CaS，在高于 800 时，得到的主要产物为 CaO，则此时是 CaS 与 CaSO4反应生成 CaO。 (2)由图示可看出，在高于 1 200 时，加入 CaCl2与不加入 CaCl2时 CaSO4的转化率 相同，但较低温度下加入 CaCl2时转化率高，故 CaCl2的作用为催化剂。 (3)当 值大于 0.7 时，原料中的还原剂 C 的含量增加，则高温下过量的 C 与 CO2发生 C S 反应 CO2C2CO，从而使得气体总体积增大。 = 高温 答案：(1)CaS CaS3CaSO44CaO4SO2 = 高温 (2)作催化剂 两种情况下反应均达到平衡状态，催化剂 CaCl2不改变平衡状态 (3)CO2高温下与过量 C 反应生成 CO，使气体总体积增大(或部分转化为其他含 S 物质)
