突破11 化学平衡图像说理题(三)——图像中转化率、产率变化分析-备战2023年高考化学《反应原理综合大题》逐空突破系列

化学平衡图像说理题(三)

                                                       ——图像中转化率、产率变化分析

【经典训练】

1、[2019·江苏卷·节选] NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同，NO转化为NO3—的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示

①在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl−和NO3—，其离子方程式为                

②NaClO溶液的初始pH越小，NO转化率越高。其原因是                                  

2、[2019·北京卷·节选] 氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点

(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一

①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是_____________________________

②已知反应器中还存在如下反应：i.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)  ΔH1

ii.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)  ΔH2

iii.CH4(g)=C(s)+2H2(g)  ΔH3    ……

iii为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用______________________反应的ΔH

③用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。从t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率_______(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因____________________________

3、[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_____________

  _____________________________________________________________________________________________

4、[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。烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)　ΔH＝＋123 kJ·mol－1。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________________________________

5、已知H2S高温热分解制H2的反应如下：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)。在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S的分解实验。

以H2S的起始浓度均为c mol·L－1测定H2S的转化率，结果如图所示。图中曲线a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，曲线b表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：_____________________________________________

6、采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚，反应如下：4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，有研究者在压强为5.00 MPa的条件下，将H2和CO反应直接制备二甲醚，结果如下图所示，其中CO的转化率随温度升高而降低的原因是　                               

7、6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 807.0 kJ·mol－1；NO和NH3在Ag2O催化剂表面的反应活性随温度的变化曲线见下图。随着反应温度的进一步升高，在有氧的条件下NO的转化率明显下降的可能原因是

_________________________________________________________________________________________

8、NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下，不同c(NO2)/c(NO)、不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应)，请回答温度对脱氮率的影响：________________________________________________________________________

9、研究发现，催化剂可以促使烟气CO、SO2转化为CO2、S。反应原理为2CO(g)＋SO2(g)2CO2(g)＋S(l)

ΔH＝－270 kJ·mol－1。其他条件相同，研究发现，分别选取Fe2O3、NiO、Cr2O3作上述反应的催化剂时，SO2的转化率随反应温度的变化如图，研究得出，应该选择Fe2O3作催化剂，主要原因可能是___________________

_____________________________________________________________________________________________

10、研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：

反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)  △H1＝－49.6 kJ/mol，恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应III，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。其中：CH3OH的选择性＝×100%

①温度高于230℃，CH3OH产率随温度升高而下降的原因是_______________________________

②在上述条件下合成甲醇的工业条件是______________________________

A．210℃   B．230℃   C．催化剂CZT   D．催化剂CZ(Zr－1)T

11、2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(l)，一定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比＝x，如图是x与CO2的平衡转化率(α)的关系。α随着x增大而增大的原因是___________________

12、再利用：加工过程中产生的H2S废气可用来制H2，既廉价又环保。已知：H2S(g)H2(g)+S(g)  △H

在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S分解实验。以H2S起始浓度均为c mol·L-1测定H2S的转化率，结果见图。△H     0(填 “>”或者“<”)，你判断的依据是                                         

13、以甲醇和CO反应合成甲酸甲酯，反应原理如下：CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)　ΔH=-29.1 kJ·mol-1

科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是　　　　　

  ②实际工业生产中采用的温度是80 ℃，其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

14、CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH_____0(填“＞”或“＜”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是________________________________________________________________________________

15、汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag－ZSW－5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图所示

(1)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为_____________________________

(2)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：________________________________

  _______________________________________________________

16、将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯，主要涉及下列反应：

①2C4H8(g)―→2C3H6(g)＋ C2H4(g)　ΔH＞0

②2CH3OH(g)―→C2H4(g)＋2H2O(g)　ΔH＜0

③C2H4(g)＋C4H8(g)―→2C3H6(g)　ΔH＜0

已知：甲醇吸附在催化剂上，可以活化催化剂；甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化

(1)图1是C3H6及某些副产物的产率与的关系曲线。最佳的约为_________

(2)图2是某压强下，将CH3OH和C4H8按一定的物质的量之比投料，反应达到平衡时C3H6的体积分数随温度的变化曲线。由图可知平衡时C3H6的体积分数随温度的升高呈现先升高后降低，其原因可能是_______________

  __________________________________________________________________________________________

17、向恒容密闭容器中加入适量催化剂，并充入一定量的H2和CO合成甲醇：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)，单位时间内，CO的转化率[α(CO)]与反应温度的变化关系如图所示，温度为T1～T2 ℃时，CO的转化率降低，原因是__________________________________________________

18、中科院大连化学物理研究所的一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯，2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)  △H=+202.0  kJ/mol，实际制备C2H4时，通常存在副反应：2CH4(g) →C2H6(g)＋H2(g)。反应器和CH4起始量不变，不同温度下C2H6和C2H4的体积分数与温度的关系曲线如图。在200 ℃时，测出乙烷的量比乙烯多的主要原因可能是_______________________________

19、中科院大连化学物理研究所的一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯：2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)  △H=+202.0  kJ/mol，若向该容器通入高温水蒸气(不参加反应，高于400℃)，C2H4的产率将________(选填“增大”“减小”“不变”“无法确定”)，理由是___________

  ________________________________________

20、利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)　ΔH＞0　Ⅰ

如图所示，反应Ⅰ在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________T2(填“＞”“＜”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是________。

【化学平衡图像说理题(三)——图像中转化率变化分析】答案

1、①3HClO+2NO+H2O3Cl−+2+5H+

②溶液pH越小，溶液中HClO的浓度越大，氧化NO的能力越强

2、①CH4+2H2O4H2+CO2   ②C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)或C(s)+ CO2(g)=2CO(g)

③降低   CaO+ CO2= CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积

3、氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大

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

4、升高温度有利于反应向吸热方向进行　升高温度时，反应速率加快　丁烯高温裂解生成短碳链烃类

5、温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短，故曲线b向曲线a靠近

解析：弄清两条曲线表示的含义，温度低时，H2S转化率相差较大，温度高时，H2S转化率几乎相等，说明温度高时，在该段时间里已经达到平衡。

6、反应放热，温度升高，平衡左移

7、该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；同时高温条件下会发生4NH3＋5O2===4NO＋6H2O副反应，使NO转化率降低

解析：可逆反应转化率的变化一般可以从平衡移动的角度去分析，该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；也可从高温条件下会发生4NH3＋5O2===4NO＋6H2O副反应，使NO转化率降低。

8、300 ℃之前，反应未平衡，反应向右进行，脱氮率增大；300 ℃时反应达平衡后，升温平衡逆向移动，脱氮率减小

9、Fe2O3作催化剂时，在相对较低的温度下可获得较高的SO2转化率，从而节约能源　

10、反应I的△H＜0温度升高，使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降     BD

11、x越大，NH3的物质的量越大，CO2平衡正向移动，转化率增大

12、随着温度升高，H2S转化率升高，说明正反应是吸热反应                                                       

13、①4.0×106 Pa　

②高于80 ℃时，温度对反应速率影响较小；且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低

14、＜　在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失

15、(1)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行　

(2)加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高

16、(1)1.0　

(2)300～500 ℃时，丁烯裂解(反应①)为主要反应，是吸热反应，升高温度，平衡正移，使C3H6的体积分数增大；温度高于500 ℃时，反应②③均为主要反应，是放热反应，升高温度，平衡逆移，使C3H6的体积分数降低，同时温度升高易发生副反应，C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、C等，使C3H6的体积分数降低

解析：(1)由图1可知当约为1.0时C3H6的产率是最高的。

(2)由图2可知，300～500 ℃时，丁烯裂解(反应①)为主要反应，是吸热反应，升高温度，平衡正移，使C3H6的体积分数增大；温度高于500 ℃时，反应②③均为主要反应，是放热反应，升高温度，平衡逆移，使C3H6的体积分数降低，同时温度升高易发生副反应，C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、C等，使C3H6的体积分数降低。

17、催化剂的活性降低，反应速率减小

18、200℃时，乙烷的生成速率比乙烯的快

19、增大  该反应为气体体积增大的吸热反应，通入高温水蒸气相当于加热，同时通入水蒸气，容器的体积增大，相当于减小压强，平衡均右移，产率增大 

20、＜　I2

解析：由题意可知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS2＋2I2TaI4＋S2，②TaI4＋S2TaS2＋2I2，即反应Ⅰ先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应Ⅰ的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的物质是I2。