(新高考)高考化学一轮复习课时练习第7章热点强化练12化工生产中的速率、平衡图像分析(含解析)

　热点强化练12　化工生产中的速率、平衡图像分析

1．(2020·江苏化学，15)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应

CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)

ΔH＝247.1 kJ·mol－1

H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)

ΔH＝41.2 kJ·mol－1

在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1条件下，CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率

B．曲线A表示CH4的平衡转化率随温度的变化

C．相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠

D．恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1条件下，反应至CH4转化率达到X点的值，改变除温度外的特定条件继续反应，CH4转化率能达到Y点的值

答案　D

解析　升高温度有利于题中第一个反应正向进行，有利于提高CH4的平衡转化率，但增大压强有利于题中第一个反应逆向进行，不利于提高CH4的平衡转化率，A项错误；由题述反应及起始反应物的物质的量比可知，平衡时CO2的转化率比CH4的高，则曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化，B项错误；使用催化剂只能加快化学反应速率，对化学平衡无影响，即曲线A和曲线B不能相重叠，C项错误；恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1条件下，反应至CH4转化率达到X点的值，通过增大n(CO2)或减小压强继续反应，可以使CH4的转化率从X点提高到Y点，D项正确。

2．(2020·江西上饶市高三一模)研究煤的合理利用及CO2的综合应用有着重要的意义。在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和2.5 mol H2, 发生反应： 2CO2 (g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－128 kJ·mol－1，测得温度对催化剂催化效率和CO2 平衡转化率的影响如图所示 ：

(1)图中低温时， 随着温度升高催化剂的催化效率提高， 但CO2的平衡转化率却反而降低，其原因是____________________________________________________________________。

(2)250 ℃时，该反应的平衡常数K值为________。

答案　(1)该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，所以二氧化碳的转化率降低　(2)1

解析　(1)该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则二氧化碳的平衡转化率降低；

(2)250℃时，二氧化碳的平衡转化率为50%，可列三段式为：

 K＝＝1。

3．(2020·福建省莆田市高三联考)控制含碳、氮、硫的化合物等大气污染物对打造宜居环境具有重要意义。用NH3消除NO污染的反应原理如下：4NH3＋6NO5N2＋6H2O，不同温度条件下，NH3与NO的物质的量之比分别为3∶1、2∶1、1∶1时，得到NO脱除率曲线如图所示：

(1)曲线c对应NH3与NO的物质的量之比是________。

(2)曲线a中NO的起始浓度为4×10－4 mg·m－3，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率为________ mg·m－3·s－1。

答案　(1)1∶1　(2)1×10－4

解析　(1)两种反应物存在的反应，增大一种反应物的量可提高另一种反应物的转化率，根据图像，曲线c的NO脱除率最低，即NO的转化率最低，所以NO在总反应物中的比例最高，符合的是n(NH3)∶n(NO)的物质的量之比1∶1；(2)曲线a中NO的起始浓度为4×10－4 mg/m3，从A点到B点经过0.8 s，根据图像，NO的脱除率从55%上升到75%，则该段时间内NO的脱除量为c＝4×10－4 mg/m3×(75%－55%)＝8×10－5 mg/m3，时间间隔为Δt＝0.8 s，所以该段时间内NO的脱除速率为＝＝1.0×10－4 mg/(m3·s)。

4．(2020·陕西咸阳市高三二检)烯烃催化裂解是制备短链烯烃的重要途径。研究表明，1－丁烯[CH3CH2CH===CH2(g)]催化裂解时，发生两个平行竞争反应生成丙烯和乙烯，两反应的热化学方程式为：

①3CH3CH2CH===CH2(g)4CH3CH===CH2(g)

ΔH＝＋579 kJ·mol－1

②CH3CH2CH===CH2(g)2CH2===CH2(g)

ΔH＝＋283 kJ·mol－1

(1)550 ℃和0.02～0.5 MPa下，①②两个反应均建立平衡，测得平衡混合物里各组分的质量分数随压强变化的曲线如下图所示。由图可知，1－丁烯的质量分数随压强的增大而增大，主要原因是____________________________________________________________________。

(2)在1－丁烯裂解的实际生产中，为了提高产物中丙烯的含量，除了选择合适的温度和压强之外，还有一条关键措施是________________。0.1 MPa和300～700 ℃下，1－丁烯裂解产物中各组分比例变化的曲线如下图所示。由图可知，生产过程中提高丙烯质量分数的最佳温度为________ ℃，在该温度之前各温度对应的组成________(填“一定是”、“可能是”或“一定不是”)平衡态，理由是____________________________________________________________________。

答案　(1)其它条件不变时，增大压强，CH3CH2CH===CH2催化裂解为丙烯或乙烯的平衡均逆向移动，CH3CH2CH===CH2的质量分数会增大

(2)高选择性的催化剂　450　可能是　1－丁烯裂解为丙烯和乙烯的反应均为吸热反应，升高温度，两个平衡均正向移动，导致丙烯和乙烯的质量分数增大

解析　(1)已知：

①3CH3CH2CH===CH2(g)4CH3CH===CH2(g)

ΔH＝＋579 kJ·mol－1，

②CH3CH2CH===CH2(g)2CH2===CH2(g)

ΔH＝＋283 kJ·mol－1，

①②两个反应的逆反应均为气体总物质的量减小的反应，则其它条件不变时，增大压强，CH3CH2CH===CH2催化裂解为丙烯或乙烯的平衡均逆向移动，CH3CH2CH===CH2的质量分数会增大；

(2)已知：①3CH3CH2CH===CH2(g)4CH3CH===CH2(g)　ΔH＝＋579 kJ·mol－1，②CH3CH2CH===CH2(g)2CH2===CH2(g)　ΔH＝＋283 kJ·mol－1，则生产过程中除选择合适的温度和压强之外，还需要选择高选择性的催化剂；由0.1 MPa和300～700 ℃下，1－丁烯裂解产物中各组分比例变化的曲线可知，生产过程中提高丙烯质量分数的最佳温度为450 ℃左右；1－丁烯裂解为丙烯和乙烯的反应均为吸热反应，升高温度，两个平衡均正向移动，导致丙烯和乙烯的质量分数增，则450 ℃之前各温度对应的组成可能是平衡态。

5．(2020·河南六市联合一调)(1)NH硝化过程的离子方程式是2NH＋3O22HNO3＋2H2O＋2H＋，恒温时在亚硝酸菌的作用下发生该反应，实验测得在其它条件一定时，NH硝化反应的速率随温度变化曲线如下图A所示，温度高于35 ℃时反应速率迅速下降的原因可能是 __________________________。

(2)亚硝酸盐含量过高对人和动植物都会造成直接或间接的危害，因此要对亚硝酸盐含量过高的废水进行处理。处理亚硝酸盐的方法之一是用次氯酸钠将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，反应方程式是ClO－＋NO===NO＋Cl－。在25 ℃和35 ℃下，分别向NO初始浓度为5×10－3 mol/L的溶液中按不同的投料比加入次氯酸钠固体(忽略溶液体积的变化)，平衡时NO的去除率和温度、投料比的关系如上图B所示，a、b、c、d四点ClO－的转化率由小到大的顺序是________________,35 ℃时该反应的平衡常数K＝________(保留三位有效数字)。

答案　(1)温度过高使亚硝酸菌变性　(2)d、c、b、a　2.67

解析　(1)由图A可知35 ℃时反应速率迅速下降是因为反应中有亚硝酸菌参与，而温度过高会使细菌亚硝酸菌中的蛋白质发生变性，从而导致速率变慢。

(2)由图像可知，a、b两点温度相同，都是25 ℃，由a点到b点，投料比不断增大，可以理解为不断增加n(ClO－)，NO的去除率不断增大，而ClO－的转化率不断减小，所以ClO－的转化率：a>b，同理可得：c>d，而b、c两点，投料比相同，由b到c升高温度，而NO的去除率不断减小，说明正反应是放热反应，则ClO－的转化率b>c，所以a、b、c、d四点ClO－的转化率由小到大的顺序是：d、c、b、a；NO的初始浓度为5×10－3 mol/L,35 ℃当投料比为2的时候，NO的去除率为80%，平衡时NO的转化量为5×10－3 mol/L×80%＝4×10－3 mol/L，用三段式进行计算：

平衡常数K＝＝≈2.67 。

6．(2020·安徽合肥市二质检)(1)在一定条件下，将1 mol CO和2 mol H2通入密闭容器中进行反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－129 kJ/mol。当改变某一外界条件(温度或压强)时，CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示：

①平衡时，M点CH3OH的体积分数为10%，则CO的转化率为________。

②X轴上b点的数值比a点________(填“大”或“小”)。某同学认为图中Y轴表示温度，你认为他判断的理由是_________________。

(2)分解HI曲线和液相法制备HI反应曲线分别如图1和图2所示：

①反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的ΔH________(填“大于”或“小于”)0。

②将二氧化硫通入碘水中会发生反应：SO2＋I2＋2H2O3H＋＋HSO＋2I－，I2＋I－I，图2中曲线a、b分别代表的微粒是________、________(填微粒符号)；由图2知要提高碘的还原率，除控制温度外，还可以采取的措施是________。

答案　(1)①25%　②大　该反应为放热反应，随着Y值的增大，c(CH3OH)减小，平衡CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)向逆反应方向进行，故Y为温度　 (2)①小于

②H＋　I　减小的投料比

解析　(1)①平衡时，M点CH3OH的体积分数为10%，

＝　x＝0.25 mol

则CO的转化率为×100%＝25%。

②因为随着X的增大，甲醇的体积分数增大，说明平衡正向移动，X轴应表示压强。X轴上b点的数值比a点大。该同学判断的理由是：该反应为放热反应，随着Y值的增大，c(CH3OH)减小，平衡CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)向逆反应方向进行，故Y为温度。

(2)①因为随着温度的不断升高，HI的物质的量不断减小，所以平衡逆向移动，正反应为放热反应。反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的ΔH小于0。

②将二氧化硫通入碘水中会发生反应：SO2＋I2＋2H2O3H＋＋HSO＋2I－，I2＋I－I；令投入的SO2为1 mol，从反应方程式可以看出，H＋的物质的量是SO2的三倍，I－的物质的量是SO2的二倍，再结合图2，即可得出图2中曲线a代表的微粒是H＋，b代表的微粒是I。由图2知要提高碘的还原率，除控制温度外，还可以采取的措施是增大SO2的投入量，同时减少I2的投入量，即减小的投料比。