2024年江苏高考化学一轮复习 微主题6　化学平衡图像分析 课时练（含解析）

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微主题6　化学平衡图像分析1. (2021·连云港期中)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型能源，被誉为“21世纪的清洁燃料”。以CO和H2为原料，在一定温度和压强下，用催化剂(主要成分是Cu －Mn的合金)生成二甲醚和副产物甲醇的反应如下：①3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)②2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)催化剂中对合成二甲醚的影响情况如图所示。下列说法不正确的是(　　)A. 选择合适催化剂能提高CH3OCH3的产率B. 采取压缩体积的方式可以增大二甲醚的产率C. 当＝2时，二甲醚的选择性为90%，二甲醚的产率为64.8%D. 当减小时，CH3OH的产率一定增大2. (2022·海门检测)HCOOCH3是一种重要的化工产品，被公认为“万能中间体”。甲醇脱氢法制HCOOCH3是工业上的一种重要方法，具有工艺流程短、原料单一、反应条件温和等优点。其工艺过程涉及如下反应：反应Ⅰ：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋135.4 kJ/mol反应Ⅱ：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH2＝＋106.0 kJ/mol一定条件下，在容积为10 L的恒容密闭容器中通入1.0 mol CH3OH气体发生上述反应，在不同温度下连续反应4 h。测得甲醇的总转化率(α，图中实线表示)和HCOOCH3的选择性(λ，图中虚线表示)随温度变化如图所示(已知：HCOOCH3的选择性＝×100%)。下列说法正确的是(　　)A. 温度超过553 K后，反应Ⅰ平衡逆向移动B. 553 K下，HCOOCH3的产量为0.1 mol C. 反应Ⅲ：HCOOCH3(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH3＝＋76.6 kJ/molD. 其他条件不变，随着温度升高，出口处HCOOCH3、H2、CO的量均不断增大3. (2022·南通基地学校联考)某科研团队设计利用CO2和H2合成CH4的主要反应如下：反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2在密闭容器中，控制总压强为0.1 MPa，＝4，平衡时各组分的物质的量分数随温度的变化关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)A. ΔH2＞0B. 曲线b表示平衡时H2的物质的量分数随温度的变化C. 选用合适的催化剂可提高生成CH4的选择性D. 总压强为0.1 MPa，＝4时，600～800 ℃范围内，反应Ⅰ占主导4. (2022·如皋期末)利用CO2和H2合成甲醇时主要涉及以下反应：Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－58 kJ/molⅡ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)  ΔH2＝＋41 kJ/mol向含有催化剂的密闭容器中充入一定比例CO2和H2混合气体，其他条件一定，反应相同时间，测得CO2的转化率和CH3OH的选择性与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)A. 反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的ΔH＝＋99 kJ/molB. 250 ℃时容器中CH3OH的物质的量多于210 ℃时容器中C. 250 ℃时，其他条件一定，增大反应的压强不会改变混合气中CO的体积分数D. 研发高温下催化活性强、对CH3OH的选择性高的催化剂有利于CH3OH的合成5. (2021·常州重点中学期中)CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程主要发生下列反应：①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ/mol②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ/mol在0.5 MPa条件下，将n(CO2)∶n(H2)为1∶3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，实验测得CO2的转化率、CH3OH的选择性与温度的关系如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)A. 反应②继续加氢生成甲醇的热化学方程式可表示为CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH＝－90.7 kJ/molB. 其他条件不变，增大起始n(CO2)∶n(H2)的比值，可提高CO2的平衡转化率C. 其他条件不变，在280～400 ℃间，产物中n(CH3OH)随温度的升高先增大后减小D. 为高效生产CH3OH，需研发低温下CO2转化率高和CH3OH选择性高的催化剂6. (2021·靖中、丹中、沭中联考)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反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－122.5 kJ/mol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%。下列说法正确的是(　　)A. 其他条件不变，升高温度，CO2的转化率一定随着温度升高而降低B. 曲线b表示平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化情况C. 其他条件不变，增加氢气的投入量，一定能提高CH3OCH3的产率D. 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X点)，使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂，可提高CH3OCH3的选择性7. (2022·海门中学)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。资源化利用碳氧化合物能有效减少CO2排放，实现自然界中的碳循环。(1) 以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下：Ⅰ. CO2(g)＋C2H6(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)　ΔH＝＋177 kJ/mol(主反应)Ⅱ. C2H6(g)===CH4(g)＋H2(g)＋C(s)　ΔH＝＋9 kJ/mol(副反应)反应Ⅰ的反应历程可分为如下两步：ⅰ. C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1ⅱ. H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g)　ΔH2＝＋41 kJ/mol①ΔH1＝________________。②相比于提高c(C2H6)，提高c(CO2)对反应Ⅰ速率影响更大，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________。③0.1 MPa时，向一恒容密闭容器中充入物质的量之比为2∶1的CO2(g)和C2H6(g)，反应物转化率与反应温度的关系如图1所示。在800 ℃，C2H4(g)的选择性为________。图1(2) CO2可制甲烷化，CO2可制甲烷化过程中，CO2活化的可能途径如图2所示。CO是CO2活化的优势中间体，可能的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________。图2　图3(3) CO2可用CaO吸收，发生反应：CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)。在不同温度下，达到平衡时体系中CO2的物质的量浓度与温度的关系如图3所示。900 ℃下的c(CO2)远大于800 ℃下的c(CO2)，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。8. (2022·海门检测)开发CO2催化加氢合成二甲醚技术是有效利用CO2资源，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。CO2催化加氢直接合成二甲醚：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－122.54 kJ/mol副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ/mol其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5 h的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5 h的二甲醚实际选择性影响如图2所示。图1图2(1) 图1中，温度高于290 ℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2) 图2中，在240～300 ℃范围内，相同温度下，二甲醚的实际选择性高于其平衡值，从化学反应速率的角度解释原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。     微主题6　化学平衡图像分析1. D　【解析】 由图可知，催化剂组成不同，CH3OCH3选择性不同，选择合适的催化剂能提高CH3OCH3的产率，A正确；反应①为气体体积减小的反应，压缩体积能使反应①平衡右移，增大二甲醚的产率，B正确；＝2时，CO转化率为72%，二甲醚产率＝二甲醚选择性×CO转化率＝90%×72%＝64.8%，C正确；减小时，CO转化率和CH3OCH3的选择性均减小，CH3OH的产率减小，D错误。2. C　【解析】 反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，A错误；由图可知，553 K下，甲醇的总转化率为20.0%、甲酸甲酯的选择性为50.0%，由公式可知，甲酸甲酯的物质的量为＝0.05 mol，B错误；由盖斯定律可知，反应Ⅱ×2－反应Ⅰ＝反应Ⅲ，则反应Ⅲ：HCOOCH3(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH3＝2ΔH2－ΔH1＝(＋106.0 kJ/mol)×2－(＋135.4 kJ/mol)＝＋76.6 kJ/mol，C正确；由图可知，温度超过553 K后，甲酸甲酯的选择性降低，出口处甲酸甲酯的量减小，D错误。3. D　【解析】 根据图示可知，温度升高，CO的平衡物质的量分数增大，说明升高温度，平衡正向移动，因此正反应是吸热反应，ΔH2＞0，A正确；在密闭容器中，控制总压强为0.1 MPa，＝4，反应Ⅰ中CO2、H2按系数比1∶4消耗，根据图示可知，温度升高CH4的平衡物质的量分数减小，说明升高温度平衡逆向移动，该反应的正反应是放热反应；而反应Ⅱ中CO2、H2按系数比1∶1消耗，反应Ⅱ的正反应是吸热反应，温度升高，平衡正向移动，导致温度高时反应Ⅱ占主导地位，结合方程式中物质反应转化关系可知，H2的物质的量分数最大，故曲线b表示平衡时H2的物质的量分数随温度的变化，B正确；在相同外界条件下不同的催化剂对不同化学反应的催化效率不同，因此选用合适的催化剂可提高生成CH4的选择性，C正确；根据图示可知，在总压强为0.1 MPa，＝4时，600～800 ℃范围内，CO的物质的量的分数比CH4的大，说明在该温度范围内反应Ⅱ占主导，D错误。4. B　【解析】 根据盖斯定律可知，CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的ΔH＝－58 kJ/mol－41 kJ/mol＝－99 kJ/mol，A错误；由图中数据和选择性公式计算可知，250 ℃时容器中CH3OH的物质的量多于210 ℃时容器中，B正确；250 ℃时，其他条件一定，增大反应的压强，第一个反应平衡正向移动，混合气中CO的体积分数会变化，C错误；由图可知，应研发低温下对CH3OH的选择性高、低温下催化活性强的催化剂有利于CH3OH的合成，D错误。5. B　【解析】 根据盖斯定律可知，反应①－反应②即得CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH＝－90.7 kJ/mol，A正确；其他条件不变，增大起始n(CO2)∶n(H2)的比值，可提高H2的平衡转化率，但CO2的平衡转化率降低，B错误；假设参加反应的二氧化碳的物质的量是1 mol ，根据图像可知，280 ℃时生成甲醇的物质的量是0.94×0.03 mol＝0.028 2 mol，同理320 ℃时生成甲醇是0.92×0.1 mol＝0.092 mol,360 ℃时生成甲醇是0.15×0.48 mol＝0.072 mol，400 ℃时，生成甲醇是0.04×0.17 mol＝0.006 8 mol，即其他条件不变，在280～400 ℃间，产物中n(CH3OH)随温度的升高先增大后减小，C正确；根据图像以及结合反应①是放热反应可知，为高效生产CH3OH，需研发低温下CO2转化率高和CH3OH选择性高的催化剂，D正确。6. D　【解析】 升高温度，反应Ⅰ平衡右移，CO2转化率升高，反应Ⅱ平衡逆移，CO2转化率降低，升温CO2转化率不一定上升，A错误；CH3OCH3是反应Ⅱ产物，故其产量应随温度上升逐渐减少，所以曲线a为CH3OCH3选择性对应图像曲线，曲线b是CO2转化率曲线，B错误；其他条件不变，只增加H2投入量，理论上两个反应平衡都应正移，都有H2O生成，故对于反应Ⅱ来说，反应Ⅰ生成的H2O会抑制反应Ⅱ的正向移动，且不同温度下反应Ⅰ产生的H2O的量不同，对反应Ⅱ的影响程度不同，所以CH3OCH3产率不一定增加，C错误；X点未在曲线a上，此时未达到平衡状态，可以通过更换催化活性更高的催化剂，提高CH3OCH3选择性，使其达到相应温度下的曲线a上的点所对应的选择性值，D正确。7. (1) ①＋136 kJ/mol　②反应ⅱ速率较慢(活化能较大)，是反应Ⅰ的决速步骤　③80%　(2) 生成中间体反应的活化能小，反应快；CO中间体能量低，稳定，利于生成(或反应放热，利于中间体的生成)　(3) 由于CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)　ΔH<0，温度升高，K减小，K＝，温度升高平衡体系中c(CO2)增大【解析】 (1) ①根据盖斯定律可知，ΔH1＝＋177 kJ/mol－(＋41 kJ/mol)＝＋136 kJ/mol。②相比于提高c(C2H6)，提高c(CO2)对反应Ⅰ速率影响更大，原因是反应ⅱ速率较慢(活化能较大)，是反应Ⅰ的决速步骤，决定总反应的快慢，提高c(CO2)，反应ⅱ速率加快，从而提高反应Ⅰ速率。③假设CO2(g)和C2H6(g)物质的量分别为2 mol、1 mol ，由图可知，反应CO2(g)和C2H6(g)物质的量分别为2 mol×0.3＝0.6 mol、1 mol ×0.75＝0.75 mol，由CO2(g)＋C2H6(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)可知，生成C2H4(g)的物质的量为0.6 mol，则在800 ℃，C2H4(g)的选择性为×100%＝80%。8. (1) 温度高于290 ℃，随着温度升高，CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)平衡向右移动的程度大于2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)平衡向左移动的程度，使CO2的平衡转化率上升　(2) CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应活化能较低，而合成二甲醚时的副反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)活化能较高，所以2.5 h内二甲醚的实际选择性高于其平衡值【解析】 (1) CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)为吸热反应，升高温度平衡正向移动，2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，当温度高于290 ℃时，随着温度升高，CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)平衡向右移动的程度大于2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)平衡向左移动的程度，导致CO2平衡总转化率随温度升高而上升。