2020年高考化学一轮复习 高考热考题型攻关（十一）（含解析）.doc

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) =2CO(g) H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372(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(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(g)=C4H8(g)H2O(g)H2119 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(g)H3242 kJmol1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_。(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_。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，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 mol，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%。答案：(1)0.60.74.0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)K0。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CaO、SO2、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发生反应CO2C2CO，从而使得气体总体积增大。答案：(1)CaSCaS3CaSO44CaO4SO2(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)