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）

1、PAGE 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)范描述的表達能力，該類題目在高考中常受到命題者的青睞。1(全國卷)CH4CO2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) H/(kJmol1)75172活化能/(kJm

2、ol1)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)。AK積、K消均增加Bv積減小、v消增加CK積減小、K消增加Dv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vkp(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)、p

3、c(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)由速率方程表達式vkp(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(C

4、O2)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??；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)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：C4H10(g)=C4H8(g)H2(g)H1已知：C4H10(g)eq f(1,2)O2(g)=C4H8(g)H2O(g)H2119 kJmol1H2(g)eq f(1,2)O2(g)=H2O(g)H3242 kJmol1反應(yīng)的H1為_kJmol1。圖(a

5、)是反應(yīng)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)率與進料氣中eq f(n（氫氣）,n（丁烷）)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

6、要原因可能是_。解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，可得，則H1H2H3119 kJmol1242 kJmol1123 kJmol1。反應(yīng)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”或“”)。700 K投料比eq f(n（H2）,n（CO2）)2時，H2的平衡轉(zhuǎn)化率為_。解析：(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0.60.7。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)反應(yīng)CO2(

7、g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達式為Keq f(c（H2O）c（CH3OH）,c（CO2）c3（H2）)。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S0，由于該反應(yīng)在一定的條件下可以自發(fā)進行，所以H0。由圖象可知，700 K投料比eq f(n（H2）,n（CO2）)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 mol30%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 mol30.9 mol，所以H2的平衡轉(zhuǎn)化率為eq f(0.9 mol,

8、2 mol)100%45%。答案：(1)0.60.74.0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)Keq f(c（H2O）c（CH3OH）,c（CO2）c3（H2）)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)H0，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

9、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)62.5%11013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

10、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CaSO42H2O。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Ca

11、Cl2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eq f(C,S)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)eq f(C,S)值為0.5時，反應(yīng)產(chǎn)物為CaO、SO2、CO2；當(dāng)eq f(C,S)值大于0.7時，反應(yīng)所得氣體中SO2的體積分數(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)eq f(C,S)值大于0.7時，原料中的還原劑C的含