高考化学二轮复习提分精准突破专题07 化学平衡图（表）核心素养题（含解析）

这是一份高考化学二轮复习提分精准突破专题07 化学平衡图（表）核心素养题（含解析），共27页。试卷主要包含了基于核心素养的化学平衡图像分析，化学平衡图题型精准突破策略，004 7　b　c　a　d，08－3等内容，欢迎下载使用。
07 化学平衡图像（表）核心素养题提分精准突破
1.基于核心素养的化学平衡图像（表）分析
反应速率和化学平衡核心素养主要体现在“变化观念与平衡思想，证据推理与模型认知”。核心素养生成——因涉及到大量的图像和表格数据，有一定的抽象性和综合性，这类试题常以实际生活、生产或最新科技成果为载体和场景，以实物模型、抽象出的认知模型或绘制成的数学模型等呈现形成，需要模型认知能力，通过规范审读图像中的信息，抓住关键信息点提示研究对象的特征及规律，结合设问及平衡理论作答通过分析、推理等方法认识化学平衡影响因素，建立模型，并能通过运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。从而逐步提升化学核心素养。预测在2020高考中，化学反应原理的综合仍会以与生产生活实际联系紧密的创新题材为载体，考查学生化学平衡常数的多种表达形式，通过图像等信息获取解题数据，完成平衡常数与转化率和Ksp的计算等重要知识点，另外速率常数的理解与应用也是近几年高考考查的重点内容之一，亦应予以特别关注。
本专题包括六个高频微考点：
☆转化率（浓度、百分含量与压强等）——时间图像分析
☆转化率（浓度、百分含量等）——温度或压强图像分析
☆“选择性”——温度或压强图像分析
☆图像与“表格数据”综合分析
☆多维因变量图像分析
☆转化率—投料比—温度图像分析
2.化学平衡图（表）题型精准突破策略
化学平衡图像类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及的图像（表格）类型较庞杂，图像具有简明、直观、形象的特点，但蕴含着丰富的信息量，命题形式灵活。解题思维模型如下：



【典例导引】
☆转化率（浓度、百分含量与压强等）——时间图像分析题
【典例1】[2019·课标全国Ⅰ，28节选]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。

计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率 (a)＝________ kPa·min－1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。
【答案】 (4)0.004 7　b　c　a　d
【解析】由题图可知，30～90 min内 (a)＝＝0.004 7 kPa·min－1。水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。故a曲线代表489 ℃时，pH2随时间变化关系的曲线，d曲线代表489 ℃时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467 ℃时pH2随时间变化关系的曲线，c曲线代表467 ℃时pCO随时间变化关系的曲线。
【典例2】[2019·课标全国Ⅱ，27节选]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。

A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
【答案】　CD　
【解析】
(3)由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1vb>vc，结合沉积碳的生成速率方程v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
☆多维因变量图像分析题
【典例7】[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。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：____________________________。

【答案】 降低 CaO+ CO2CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积
【解析】t1时CaO消耗率曲线斜率减小，因而单位时间内CaO的消耗率降低。CaO+ CO2CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积，因而失效。
☆转化率—投料比—温度图像
【典例8】(1)　将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为
2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)
已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：

此反应__________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu－Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。

则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。
【答案】　（1）放热　不变 （2）2.0
【解析】　（1）当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。
（2）由图可知当催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。
【精准巩固】
1．[2019·江苏卷节选] CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。
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 。
②220 ℃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 。
【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
【解析】①根据反应方程式，反应I为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，反应II为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，CO2的转化率降低，根据图像，上升幅度超过下降幅度，因此温度超过300℃时，CO2转化率上升。
②图中A点CH3OCH3的选择性没有达到此温度下平衡时CH3OCH3的选择性，依据CH3OCH3选择性公式，提高CH3OCH3选择性，不改变反应时间和温度时，根据反应II，可以增大压强，或者使用对反应II催化活性更高的催化剂。
2. [2020·山东省新高考测试卷]聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为：

已知v正= k正χ(CH3COOCH3)·χ(C6H13OH)，v逆= k逆χ(CH3COO C6H13)·χ(CH3OH)，
其中v正、v逆 为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，χ为各组分的物质的量分数。
反应开始时，已醇和乙酸甲酯按物质的量之比1：1投料，测得348K、343K、338K三个温度下乙酸甲酯转化率（α）随时间（t）的变化关系如下图所示。

该醇解反应的ΔH_______0（填>或 3.2 ① A C
【解析】
根据图像，①的速率最快，说明①对应的是最高温度348K，温度升高，平衡时转化率增大，说明正向是吸热的，所以ΔH>0。348K时，设初始投入为1mol，则有：

起始： 1 1 0 0
转化： 0.64 0.64 0.64 0.64
平衡： 0.36 0.36 0.64 0.64
带入平衡常数表达式：Kx=χ(CH3COOC6H13) ·χ(CH3OH) / [χ(CH3COOCH3) ·χ(C6H13OH)] = 0.32×0.32 / (0.18×0.18) = 3.2
k正、k逆是温度的函数，根据平衡移动的规律，k正受温度影响更大，因此温度升高，k正增大的程度大于k逆，因此，k正－k逆值最大的曲线是①。根据v正= k正χ(CH3COOCH3)·χ(C6H13OH)，v逆= k逆χ(CH3COO C6H13)·χ(CH3OH)，A点χ(CH3COOCH3)·χ(C6H13OH)大，温度高，因此A点v正最大，C点χ(CH3COO C6H13)·χ(CH3OH)大且温度高，因此C点v逆最大。
3. [2018·课标全国Ⅲ，28节选]对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________________、________________。
②比较a、b处反应速率大小：υa________υb（填“大于”“小于”或“等于”）。反应速率υ=υ正−υ逆=−，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处=__________（保留1位小数）。
【答案】　
(1)①及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强(浓度)
② 大于 1.3
【解析】
（1）温度不变，提高三氯氢硅转化率的方法可以是将产物从体系分离（两边物质的量相等，压强不影响平衡）。缩短达到平衡的时间，就是加快反应速率，所以可以采取的措施是增大压强（增大反应物浓度）、加入更高效的催化剂（改进催化剂）。
③a、b两点的转化率相等，可以认为各物质的浓度对应相等，而a点的温度更高，所以速率更快，即Va＞Vb。根据题目表述得到，，当反应达平衡时，＝，所以，实际就是平衡常数K值，所以0.02。a点时，转化率为20%，所以计算出：
2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4
起始： 1 0 0
反应： 0.2 0.1 0.1 （转化率为20%）
平衡： 0.8 0.1 0.1
所以=0.8；==0.1；所以
点睛：题目的最后一问的计算过程比较繁琐，实际题目希望学生能理解化学反应的平衡常数应该等于正逆反应的速率常数的比值。要考虑到速率常数也是常数，应该与温度相关，所以不能利用b点数据进行计算或判断。
4. [2020·浙江1月选考，29]研究NOx之间的转化具有重要意义。
(1)已知：N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>0
将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中。反应温度T1时，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图1，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。
保持其它条件不变，改变反应温度为T2(T2>T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。

图1
(2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2。

图2 图3
Ⅰ 2NO(g) N2O2(g)　ΔH1
Ⅱ N2O2(g)＋O2(g)→2NO2(g)　ΔH2
①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4>T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图3。
转化相同量的NO，在温度________(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图(图2)分析其原因__________________________________________________。
【答案】　(1)
(2)①Ⅱ　②T4
ΔH1