2023屆新高考新教材化學(xué)魯科版一輪專項(xiàng)提能特訓(xùn)五　化學(xué)平衡新型圖像類型與突破

專項(xiàng)提能特訓(xùn)五化學(xué)平衡新型圖像類型與突破[命題分析]新型圖像往往根據(jù)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，結(jié)合圖像；分析投料比、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的變化。此類題目信息量較大，能充分考查學(xué)生讀圖、提取信息、解決問題的能力，在高考中深受命題者青睞。1．根據(jù)圖像判斷投料比[典例1]采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu—Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。主反應(yīng)：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)副反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)、CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)測得反應(yīng)體系中各物質(zhì)的產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率與催化劑的關(guān)系如圖所示。則催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為________時最有利于二甲醚的合成。[解析]由圖可知當(dāng)催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為2.0時，CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成的二甲醚產(chǎn)率最大。[答案]2.02．轉(zhuǎn)化率—投料比—溫度圖像[典例2]將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲醚的反應(yīng)原理為2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))CH3OCH3(g)＋3H2O(g)已知在壓強(qiáng)為aMPa下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時，CO2的轉(zhuǎn)化率見下圖：此反應(yīng)為________(填“放熱”或“吸熱”)；若溫度不變，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將________(填“增大”“減小”或“不變”)。[答案]放熱不變3．平衡常數(shù)—溫度—選擇性圖像[典例3]丙烯是制造一次性醫(yī)用口罩的重要原料。丙烷催化脫氫是工業(yè)生產(chǎn)丙烯的重要途徑，丙烷催脫氫技術(shù)主要分為氧化脫氫和直接脫氫兩種?；卮鹣铝袉栴}：(1)丙烷催化氧化脫氫法主要反應(yīng)如下：2C3H8(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))2C3H6(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－236kJ·mol－1(i)反應(yīng)過程中消耗的C3H8和生成的C3H6的物質(zhì)的量隨溫度的變化關(guān)系見下表。n(消耗)或n(生成)/mol反應(yīng)溫度/℃535550575C3H861333C3H64817分析表中數(shù)據(jù)得到丙烯的選擇性隨溫度的升高而________(填寫“不變”“升高”“降低”)；出現(xiàn)此結(jié)果的原因除生成乙烯等副產(chǎn)物外還可能是________。(C3H6的選擇性＝eq\f(C3H6的物質(zhì)的量,消耗C3H8的物質(zhì)的量)×100%)(2)丙烷催化直接脫氫反應(yīng)：C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)ΔH2＝＋124.3kJ·mol－1(ii)副反應(yīng)：C3H8(g)C2H4(g)＋CH4(g)ΔH3(iii)①反應(yīng)ii的平衡常數(shù)、產(chǎn)物丙烯選擇性、副產(chǎn)物乙烯選擇性與溫度關(guān)系如圖所示，分析工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度為650℃左右的原因是_______________________________________________________________________________________________________。②溫度為670℃時，若在1L的容器中投入8molC3H8，充分反應(yīng)后，平衡混合氣體中有2molCH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，計(jì)算該條件下C3H6的選擇性為________%。③欲使丙烯的產(chǎn)率提高，下列措施可行的是________(填寫序號)。a．恒壓條件下向原料氣中摻雜水蒸氣b．增大氫氣與丙烷的投料比c．選擇對脫氫反應(yīng)更好選擇性的催化劑d．增大壓強(qiáng)[解析](1)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知各溫度下C3H6的選擇性分別為eq\f(4,6)、eq\f(8,13)、eq\f(17,33)，eq\f(4,6)>eq\f(8,13)>eq\f(17,33)所以隨溫度升高丙烯的選擇性降低；反應(yīng)i為放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)i的化學(xué)平衡逆向移動，也會導(dǎo)致丙烯的選擇性下降；(2)①據(jù)圖可知，溫度控制在650℃，丙烯選擇性高，且此時溫度較高，反應(yīng)速率快，而且該溫度條件下平衡常數(shù)較大；②平衡混合氣體中有2molCH4，則根據(jù)反應(yīng)iii可知平衡時該反應(yīng)消耗的n1(C3H8)＝2mol；設(shè)平衡時C3H6的物質(zhì)的量為x，根據(jù)反應(yīng)ii可知平衡時n(H2)＝x，反應(yīng)ii消耗的n2(C3H8)＝x，則平衡時容器n(C3H8)＝(8－2－x)mol，據(jù)圖可知該溫度下反應(yīng)ii的lgeq\f(1,K)＝0，所以K＝1，容器體積為1L，則有eq\f(x×x,8－2－x)＝1，解得x＝2mol，C3H6的選擇性＝eq\f(C3H6的物質(zhì)的量,消耗C3H8的物質(zhì)的量)×100%＝eq\f(2mol,2mol＋2mol)×100%＝50%；③a.恒壓條件下向原料氣中摻雜水蒸氣，則反應(yīng)物和生成物的分壓減小，該反應(yīng)正反應(yīng)為氣態(tài)物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)反應(yīng)(i)(ii)平衡均正向移動，可以提高丙烯的產(chǎn)率，故a正確；b.氫氣為產(chǎn)物，增大氫氣的量會使平衡逆向移動，丙烯的產(chǎn)率降低，故b錯誤；c.選擇對脫氫反應(yīng)更好選擇性的催化劑，增大丙烯的選擇性，提高產(chǎn)率，故c正確；d.該反應(yīng)正反應(yīng)為壓強(qiáng)增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)會使平衡逆向移動，降低產(chǎn)率，故d錯誤；綜上所述選ac。[答案](1)降低升高溫度，反應(yīng)i的化學(xué)平衡逆向移動(2)①溫度控制在650℃，丙烯選擇性高，反應(yīng)速率快，平衡常數(shù)大②50③ac4．廢物回收及污染處理圖像[典例4](1)一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣回收。反應(yīng)為2CO(g)＋SO2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5())2CO2(g)＋S(l)ΔH＝－270kJ·mol－1某科研小組用Fe2O3作催化劑。在380℃時，分別研究了[n(CO)∶n(SO2)]為1∶1、3∶1時SO2轉(zhuǎn)化率的變化情況(圖2)。則圖2中表示n(CO)∶n(SO2)＝3∶1的變化曲線為________。(2)目前，科學(xué)家正在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝(NO)原理，其脫硝機(jī)理示意圖如圖3，脫硝率與溫度、負(fù)載率(分子篩中催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的關(guān)系如圖4所示。①寫出該脫硝原理總反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________。②為達(dá)到最佳脫硝效果，應(yīng)采取的條件是________________________。(3)汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag—ZSM—5為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示。若不使用CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因是___________；在n(NO)