2020版高考化学二轮复习技能提升三陌生平衡图像的理解与分析高考真题（含解析）

技能提升三 陌生平衡图像的理解与分析

1．(2017·全国卷Ⅱ节选)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。

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)　 ΔH＝＋123 kJ·mol－1

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。如上图为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)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_______________。

[解析]　由图像中的曲线变化趋势可知随着n(氢气)/n(丁烷)的增大，丁烯的产率先升高后降低，这是因为氢气为产物，丁烷为反应物，随着n(氢气)/n(丁烷)逐渐增大，逆反应速率(v逆)增大，当v正＝v逆时丁烯的产率达到最高点，随后v逆>v正反应向逆反应方向进行，丁烯的产率降低，曲线呈下降趋势。

[答案]　氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大

2．(2016·全国卷Ⅱ节选)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：

①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－515 kJ·mol－1

②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH＝－353 kJ·mol－1

丙烯腈和丙烯醛的产率与的关系如图所示。由图可知，最佳约为________，理由是_____________________。

[解析]　由图可知，当＝1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳约为1。

[答案]　1　该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低

3．(2015·全国卷Ⅱ节选)甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下：

①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－99 kJ·mol－1

②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－58 kJ·mol－1

③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3＝＋41 kJ·mol－1

合成气组成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”)，其原因是________；图中的压强由大到小为________，其判断理由是__________________________。

[解析]　由图像可知，压强一定时，CO的平衡转化率随温度的升高而减小，其原因是反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，产生CO的量增大，反应③为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，又使产生CO的量增大，而总结果是随温度升高，CO的转化率减小。反应①的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，而反应③为气体总分子数不变的反应，产生CO的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO的转化率提高，故压强p1、p2、p3的关系为p1<p2<p3。

[答案]　减小　升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大。总结果，随温度升高，使CO的转化率降低　p3>p2>p1　相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高

[省市卷]

1．(2019·江苏卷节选)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1

反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－122.5 kJ·mol－1

在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。

其中：CH3OCH3的选择性＝×100%

(1)温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是___________________________________。

(2)220℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有___________________。

[解析]　(1)反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，当升高温度时，反应Ⅰ平衡正向移动，CO2转化为CO的平衡转化率上升，反应Ⅱ平衡逆向移动，CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度。(2)反应Ⅰ是气体分子数不变的反应，反应Ⅱ是气体分子数减小的反应，所以可以通过加压使反应Ⅱ平衡正向移动，或者加入有利于反应Ⅱ进行的催化剂。

[答案]　(1)反应Ⅰ的ΔH>0，反应Ⅱ的ΔH<0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度

(2)增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂

2．(2017·天津卷节选)H2S和SO2会对环境和人体健康带来极大的危害，工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放，回答下列方法中的问题。

生物脱H2S的原理为：

H2S＋Fe2(SO4)3===S↓＋2FeSO4＋H2SO4；

4FeSO4＋O2＋2H2SO42Fe2(SO4)3＋2H2O。

(1)硫杆菌存在时，FeSO4被氧化的速率是无菌时的5×105倍，该菌的作用是____________________________________。

(2)由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为________。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是__________________。

[解析]　(1)使用硫杆菌，反应速率加快，说明硫杆菌作催化剂，能够降低反应的活化能，加快反应速率。(2)根据题图可知，当温度为30 ℃、pH＝2.0时，Fe2＋被氧化的速率最快。反应温度过高，反应速率下降，可能是因为催化剂的催化活性降低，即硫杆菌中蛋白质发生变性。

[答案]　(1)降低反应活化能(或作催化剂)

(2)30 ℃、pH＝2.0　蛋白质变性(或硫杆菌失去活性)