高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题7 大题题空逐空突破(八) 陌生图像的分析与应用（含解析）

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1．[2019·北京，27(1)]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。
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反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)＝4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，目的是________(填字母)。
a．促进CH4转化
b．促进CO转化为CO2
c．减少积炭生成
④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　①CH4＋2H2O(g)4H2＋CO2　②C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)[或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)]　③abc　④降低　CaO＋CO2===CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积
解析　①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1，结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4＋2H2O(g)4H2＋CO2。②根据盖斯定律，由ⅰ＋ⅱ－ⅲ或ⅰ－ⅱ－ⅲ可得目标热化学方程式。③反应物的投料比n(H2O)∶n(CH4)＝4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，H2O的物质的量增加，有利于促进CH4转化，促进CO转化为CO2，防止CH4分解生成C(s)，从而减少积炭生成。④根据题图可知，从t1时开始，CaO消耗率曲线的斜率逐渐减小，单位时间内CaO消耗率逐渐降低。CaO与CO2反应生成CaCO3，CaCO3会覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积，从而失效。
2．[2019·江苏，20(3)]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。



题组一　选择反应最佳条件
1．汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：
4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0
根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是____________________________________；氨氮比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

答案　在氨氮物质的量之比为1，温度在400 ℃时，脱硝效率最大　在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快
2．下图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为________、相应温度为________；使用Mn作催化剂时，脱氮率b～a段呈现如图变化的可能原因是___________________________________________________。

答案　Mn　200 ℃左右　b～a段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐升高
题组二　解释曲线发生某种现象的原因
3．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，反应为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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

答案　该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，导致CO的转化率降低
4．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)在＝1条件下，最佳温度应控制在______左右。
(2)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________________
________________________________________________________。
(3)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：________________
________________________________________________________。
答案　(1)870 K(860～880 K范围内都可以)　(2)该反应为放热反应，升高温度，反应向逆反应方向进行　(3)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的转化率升高