06復雜（競爭連續(xù)）反應圖象解題模型（原卷版）

復雜(競爭、連續(xù))反應圖象解題模型一定條件下某些化學反應在反應物同時進行著兩個或兩個以上的不同反應,不是只有生成一個我們想要的物質,還生成我們不想要的物質,通常叫它為副產物,這個生成我們不想要的物質的反應我們叫它為副反應,。此類題往往涉及多變量圖象題，是高考考查的一個方向和趨勢，它是指在一個圖上存在多個變量的圖象，此類題的特點是：一方面信息量大，考查了讀圖能力；另一方面多變量的存在，考查了分析推理能力，在新課標高考中受到命題者的青睞?！纠?】(2023·江蘇省泰州調研)CO2催化加氫合成甲醇是重要的碳捕獲利用與封存技術，該過程發(fā)生下列反應：反應I：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=58.6kJ·mol1反應II：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)△H=41.2kJ·mol10.5MPa下，將n(H2)：n(CO2)=3的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應器，測得CO2的轉化率、CH3OH或CO的選擇性[×100%]以及CH3OH的收率(CO2的轉化率×CH3OH的選擇性)隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是()A．CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=99.8kJ·mol1B．曲線a表示CH3OH的選擇性隨溫度的變化C．圖中所示270℃時，對應CO2的轉化率為21%D．在210℃~250℃之間，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的選擇性增大導致【答案】C【分析】【解析】A項，CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)反應的反應熱：(58.641.2)kJ/mol=99.8kJ/mol，A錯誤；B項，根據分析，曲線a代表CO的選擇性隨溫度的變化，B錯誤；C項，圖中所示270℃時，CO的選擇性為70%，則甲醇的選擇性為30%，故CO2的轉化率為：，C正確；D項，在210℃~250℃之間，反應I未達平衡，CH3OH的收率增大是由于溫度升高，生成CH3OH的反應速率增大導致，D錯誤；故選C?！纠?】(2022?山東卷)利用丁內酯(BL)制備1，丁二醇(BD)，反應過程中伴有生成四氫呋喃(THF)和丁醇(BuOH)的副反應，涉及反應如下：已知：①反應Ⅰ為快速平衡，可認為不受慢反應Ⅱ、Ⅲ的影響；②因反應Ⅰ在高壓H2氛圍下進行，故H2壓強近似等于總壓?；卮鹣铝袉栴}：(1)以或BD為初始原料，在、的高壓H2氛圍下，分別在恒壓容器中進行反應。達平衡時，以BL為原料，體系向環(huán)境放熱XkJ；以BD為原料，體系從環(huán)境吸熱YkJ。忽略副反應熱效應，反應Ⅰ焓變ΔH(493K，3.0×103kPa)=_______kJ·mol1。(2)初始條件同上。xi表示某物種i的物質的量與除H2外其它各物種總物質的量之比，xBL和xBD隨時間t變化關系如圖甲所示。實驗測得X，則圖中表示xBL變化的曲線是_______；反應Ⅰ平衡常數(shù)Kp=_______kPa2(保留兩位有效數(shù)字)。以BL為原料時，t1時刻xH2O_______，BD產率=_______(保留兩位有效數(shù)字)。(3)為達平衡時與的比值。(493K，2.5×103kPa)、(493K，3.5×103kPa)、(513K，2.5×103kPa)三種條件下，以5.0×103molBL為初始原料，在相同體積的剛性容器中發(fā)生反應，隨時間t變化關系如圖乙所示。因反應在高壓H2氛圍下進行，可忽略壓強對反應速率的影響。曲線a、b、c中，最大的是_______(填代號)；與曲線b相比，曲線c達到所需時間更長，原因是_______?！敬鸢浮?1)200(X+Y)(2)a或c

8.3×108

0.08

39%(3)c

由于b和c代表的溫度相同，而壓強對反應速率的影響可忽略，壓強增大反應Ⅱ、Ⅲ均是逆向移動，增大，故=1.0所需時間更長【解析】(1)根據題意，結合已知信息，可確定在同溫同壓下，以同物質的量的BL或BD為初始原料，達到平衡時的狀態(tài)相同，兩個平衡完全等效。則以5.0×103mol的BL為原料，達到平衡時放出XkJ熱量與同物質的量的BD為原料達到平衡時吸收YkJ熱量的能量二者能量差值為(X+Y)kJ，則1mol時二者能量差值為200(X+Y)kJ，反應I為放熱反應，因此焓變ΔH=200(X+Y)kJ·mol1。(2)實驗測定X<Y，則達到平衡時BD物質轉化量大于BL物質轉化量，平衡狀態(tài)BD物質的量較小，根據圖示可知，表示xBL變化的曲線是a或c；該平衡狀態(tài)下BL的分壓是0.48×3.0×103kPa，BD的分壓是0.36×3.0×103kPa，H2的壓強近似等于總壓，故反應I平衡常數(shù)Kp==Kpa2=8.3×108kPa2；以BL為原料時，根據題給反應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，體系總物質的量的增加量正好是BD參與反應Ⅱ、Ⅲ的量，也正好是H2O(g)的物質的量，設t1時BL轉化了amol，BD轉化了bmol，則體系總物質的量為(5.0×103+b)mol，得到、，求得a=、b=，則t1時刻=0.08；此時BD的產率為39%。(3)依題意，反應I是正向放熱過程，以BL為初始原料，溫度升高則平衡逆向移動，溫度越高，反應速率越快，達到平衡時的時間越短，越小，的值越大；相同溫度時，壓強增大，BD的比重增大，增大，又可忽略壓強對反應速率的影響，則最大即最小，對應曲線c；由于b和c代表的溫度相同，而壓強對反應速率的影響可忽略，壓強增大反應Ⅱ、Ⅲ均是逆向移動，增大，故=1.0所需時間更長。對于ΔH＜0反應，其它條件不變時，相同時間(或一段時間)反應物轉化率或的產率，隨溫度或壓強改變，出現(xiàn)倒U型變化曲線，分析方法如下：1．(2023屆·江蘇省百校聯(lián)考高三第一次考試)CO2催化加氫合成甲醇是重要的碳捕獲利用與封存技術，該過程主要發(fā)生下列反應：反應①：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=49.5kJ?mol1反應②：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH=41.2kJ?mol1在0.5MPa條件下，將n(CO2)∶n(H2)為1∶3的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應器，實驗測得CO2的轉化率、CH3OH的選擇性[×100%]與溫度的關系如圖所示。下列有關說法正確的是()A．圖中曲線②表示CH3OH的選擇性隨溫度的變化B．一定溫度下，增大起始n(CO2)∶n(H2)的比值，可提高H2的平衡轉化率C．升高溫度時，CO的選擇性降低D．一定溫度下，選用高效催化劑可提高CH3OH的平衡產率2．(2022·河北省秦皇島市二模)在二氧化碳加氫制甲烷的反應體系中，除主反應(反應Ⅰ)外，還會發(fā)生副反應(反應Ⅱ)。反應Ⅰ：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)K反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)一定壓強下，向某容積可變的密閉容器中通入CO2和H2的混合氣體(其中CO2和H2的物質的量之比為1∶4)，在某催化劑的作用下同時發(fā)生反應Ⅰ和反應Ⅱ，測得CO2的轉化率、CH4的選擇性、CO的選擇性隨反應溫度的變化情況如圖所示。已知：CH4或CO的選擇性指反應生成CH4或CO時所消耗的CO2的物質的量占參與反應的CO2總物質的量的百分比。下列說法正確的是()A．相同溫度下，反應2CO(g)+2H2(g)CO2(g)+CH4(g)的平衡常數(shù)B．溫度升高，反應Ⅰ的平衡常數(shù)K和反應Ⅱ的平衡常數(shù)都增大C．通過控制反應溫度、調節(jié)壓強等措施可提高CH4的選擇性D．500℃時，反應達到平衡后，增大壓強，體系中CO和CH4的體積分數(shù)均減小3．(2022·江蘇省南通市高三階段檢測)HCOOCH3是一種重要的化工產品，被公認為“萬能中間體”。甲醇脫氫法制HCOOCH3是工業(yè)上的一種重要方法，具有工藝流程短、原料單一、反應條件溫和等優(yōu)點。其工藝過程涉及如下反應：反應I：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)△H1=+135.4kJ·mol1反應Ⅱ：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)△H2=+106.0kJ·mol1一定條件下，在容積為10L的恒容密閉容器中通入1.0molCH3OH氣體發(fā)生上述反應，在不同溫度下連續(xù)反應4h。測得甲醇的總轉化率(α，圖中實線表示)和HCOOCH3的選擇性(λ，圖中虛線表示)隨溫度變化如圖所示。(已知：HCOOCH3的選擇性=)，下列說法正確的是()A．溫度超過553K后，反應I平衡逆向移動B．553K下，HCOOCH3的產量為0.1molC．反應Ⅲ：HCOOCH3(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH3=+76.6kJ·mol1D．其他條件不變，隨著溫度升高，出口處HCOOCH3、H2、CO的量均不斷增大4．(2022·北京市東城區(qū)一模)CH4聯(lián)合H2O和CO2制取H2時，發(fā)生的主要反應如下：①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H1=+206kJ·mol1②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)△H2=+247kJ·mol1將CH4、H2O和CO2按一定比例通入填充有催化劑的恒容反應器，在不同溫度下，反應相同時間內(反應均未達到化學平衡狀態(tài))測得的值如圖所示。下列說法正確的是()A．由①②可知，CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=+41kJ·mol1B．反應條件不變，若反應足夠長時間，①比②先達到化學平衡狀態(tài)C．其他條件不變時，升高溫度，①的化學反應速率減小，②的化學反應速率增大D．其他條件不變時，增大原料中H2O的濃度可以提高產物中的值5．(2023·江蘇省常州市高三統(tǒng)考)利用CO2—CH4超干法重整制合成氣(CO＋H2)，主要反應如下。反應Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)?2CO(g)＋2H2(g)；ΔH1＝＋247kJ·mol－1。反應Ⅱ：CH4(g)＋3CO2(g)?4CO(g)＋2H2O(g)；ΔH2＝＋330kJ·mol－1。反應Ⅲ：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)；ΔH3＝－41kJ·mol－1。恒壓條件下，n始(CO2)∶n始(CH4)＝3．3時，若僅考慮上述反應，平衡時CO2、CH4、CO、H2的體積分數(shù)和CH4的還原能力隨溫度的變化如圖所示。已知：工業(yè)上將干重整反應中CH4的還原能力(MRC)定義為一個CH4分子消耗的CO2分子的數(shù)量。數(shù)量越大，還原能力越強。下列說法正確的是()A．反應Ⅱ的平衡常數(shù)為K＝B．圖中曲線X表示平衡時H2的體積分數(shù)隨溫度的變化C．溫度在600～1000℃間，升高溫度對反應Ⅰ的影響程度大于反應ⅡD．其他條件不變，增大壓強或選擇合適的催化劑均能提高CO的平衡產率6．(2023·江蘇省蘇州市高三統(tǒng)測)乙醇水蒸氣重整釋氫過程中主要反應的熱化學方程式為：反應Ⅰ：

反應Ⅱ：

反應Ⅲ：

以H2O和C2H5OH為原料氣，通過裝有催化劑的反應器，反應相同時間，乙醇轉化率、、、CO2選擇性隨溫度變化的曲線如圖所示。下列說法不正確的是()A．向乙醇水蒸氣重整反應體系中通入適量O2，可以為重整反應提供熱量B．其他條件不變，升高溫度乙醇的平衡轉化率增大C．300～450℃時，隨溫度升高，H2的產率增大D．增加原料氣中水的比例，可以增大CO的選擇性7．(2023·江蘇省高三統(tǒng)考)甲烷濕空氣自熱重整制H2過程中零耗能是該方法的一個重要優(yōu)點，原理如下：反應Ⅰ：

反應Ⅱ：

反應Ⅲ：

在、按(空氣)的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應管，CH4、O2的轉化率及CO、CO2的選擇性[CO的選擇性％]與溫度的關系如題圖所示。下列說法錯誤的是()A．圖中曲線②表示O2的轉化率隨溫度的變化關系B．由圖可知，溫度升高，CO選擇性增大C．975K時，改用高效催化劑能提高平衡時CO2的選擇性D．其他條件不變，增大的值可提高CH4的轉化率8．(2022·遼寧省高三模擬預測)我國科學家成功開發(fā)Pd—Fe/Fe2O3催化劑在低溫條件下高選擇性合成高純度的乙烯，化學原理如下：主反應：C2H2(g)+H2(g)C2H4(g)△H1副反應：C2H2(g)+2H2(g)C2H6(g)△H2(1)已知：A．幾種共價鍵的鍵能如下表所示：共價鍵HCHHC=CC≡C鍵能/(kJ·mol1)413.4436615812B．C2H2(g)、H2(g)、C2H6(g)的燃燒熱△H分別為1299.6kJ·mol1、285.8kJ·mol1、1559.8kJ·mol1。則△H1=_______kJ·mol1；乙烯加氫生成乙烷的熱化學方程式是_______。(2)在剛性密閉容器中充入一定量的C2H2(g)和H2(g)，發(fā)生反應：C2H2(g)+H2(g)C2H4(g)。其他條件相同，在Cat1、Cat2兩種催化劑作用下，反應相同時間時C2H2的轉化率與溫度的關系如圖1所示。①催化效率較高的是_______(填“Cat1”或“Cat2”)；b點_______(填“達到”或“未達到”)平衡。②溫度高于300℃，升高溫度，b→c的原因可能是_______(答1條即可)。(3)在密閉容器中充入1molC2H2和2molH2，發(fā)生上述兩個反應，測得C2H2平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖2所示。在T0K、20kPa下C2H4的選擇性等于[C2H4選擇性=]。p0_______20kPa(填“＞”、“＜”或“=”)。T0K下，主反應的平衡常數(shù)Kp=_______kPa1(Kp為用氣體分壓計算的平衡常數(shù)，氣體分壓等于氣體總壓×物質的量分數(shù))。(4)在恒溫剛性密閉容器中通入氣體分壓比為p(C2H2)：p(H2)=1：1的混合氣體，已知某反應條件下只發(fā)生如下反應(k1、k2為速率常數(shù))：主反應：C2H2(g)+H2(g)=C2H4(g)

k1副反應：C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)

k2實驗測得乙烯的凈生成速率方程為v(C2H4)=k1p(C2H2)·p(H2)k2p(C2H4)，可推測乙烯的濃度隨時間的變化趨勢為_______，其理由是_______。9．(2023屆·河南·商丘市第一高級中學高三階段練習)乙烯年產量的高低是衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的一個極為重要的指標，乙烷裂解制乙烯具有極高的經濟效益?；卮鹣铝袉栴}：(1)已知：①2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(l)△H1=3120kJ·mol1；②C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)△H2=1411kJ·mol1；③2H2(g)+O2(g)2H2O(l)△H3=566kJ·mol1△H2=1411kJ·mol1。乙烷脫氫制備乙烯的熱化學方程式為_____；生產中會間斷性地向容器中通入適量O2，使其發(fā)生反應2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)△H<0，發(fā)生此反應的意義是____。(2)一定條件下，向某密閉容器中通入4mol乙烷，使其發(fā)生脫氫轉化為乙烯，測得乙烯產率隨著溫度、壓強的變化如圖1所示：①X表示_____(填“溫度”或“壓強”)，Y1_____(填“>”或“<”)Y2。②與A點對應的反應中，若容器容積為2L，反應開始到恰好達到平衡狀態(tài)所用時間為5min，則0~5min內，用濃度C2H6變化表示的平均反應速率v(C2H6)=_____，此溫度下，平衡常數(shù)K=_____mol·L1，A、B兩點對應的平衡常數(shù)K(A)_____(填“>”“=”或“<”)K(B)。(3)在800℃時乙烷、O2混合后發(fā)生的主要反應為2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)，測得乙烷的轉化率、乙烯的選擇性