2025届高中化学全程复习学案全套47实际工业生产中图像问题分类突破

这是一份2025届高中化学全程复习学案全套47实际工业生产中图像问题分类突破，共12页。学案主要包含了典题示例，师说·延伸，对点演练等内容，欢迎下载使用。

认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
类型一 转化率—投料比图像
【典题示例】
典例[2023·湖南卷，13]向一恒容密闭容器中加入1 ml CH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)⇌CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x(x＝nCH4nH2O)随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A．x1B．反应速率：vb正C．点a、b、c对应的平衡常数：KaD．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态
听课笔记
【师说·延伸】 投料比与转化率之间的关系
以N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)为例，当N2与H2的投料比为1∶3(系数比)时，N2与H2的平衡转化率相等，且平衡时NH3的体积分数最大；增大N2与H2的投料比，则α(H2)增大，α(N2)减小；减小N2与H2的投料比，则α(H2)减小，α(N2)增大。
【对点演练】
1．(1)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu­Mn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。
(2)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)
已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图：
此反应为________(填“放热”或“吸热”)反应；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．在保持体系总压为105 Pa的条件下进行反应：SO2(g)＋12O2(g)⇌SO3(g)，原料气中SO2和O2的物质的量之比m（m＝nSO2nO2）不同时，SO2的平衡转化率与温度(T)的关系如图所示：
(1)图中m1、m2、m3的大小顺序为________。反应的化学平衡常数Kp表达式为________(用平衡分压代替平衡浓度表示)。
(2)图中A点原料气的成分：n(SO2)＝10 ml，n(O2)＝24.4 ml，n(N2)＝70 ml，达平衡时SO2的分压p(SO2)为________ Pa(分压＝总压×物质的量分数)。
类型二 选择性—温度图像
【典题示例】
典例1 [2023·湖南卷，16(3)]在913 K、100 kPa下，以水蒸气作稀释气。Fe2O3作催化剂，除乙苯脱氢生成苯乙烯外[④C6H5C2H5(g)⇌C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)]，还会发生如下两个副反应：
⑤C6H5C2H5(g)⇌C6H6(g)＋CH2===CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)＋H2(g)⇌C6H5CH3(g)＋CH4(g)
以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S＝转化为目的产物所消耗乙苯的量已转化的乙苯总量×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示，其中曲线b代表的产物是______________________，理由是_______________________________________________。
听课笔记


典例2 [2022·江苏卷，13]乙醇—水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g) ΔH＝＋173.3 kJ·ml－1，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)
ΔH＝＋41.2 kJ·ml－1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性＝n生成COn生成CO2+n生成CO×100%，下列说法正确的是( )
A．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B．升高温度，平衡时CO的选择性增大
C．一定温度下，增大nC2H5OHnH2O可提高乙醇平衡转化率
D．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率
听课笔记

【对点演练】
1．CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2资源化利用的方法，其过程中主要发生如下两个反应：
反应 Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)⇌CH3OCH3(g)＋3H2O(g)
ΔH2＝－122.5 kJ·ml－1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图所示。
已知：CH3OCH3的选择性＝2×CH3OCH3的物质的量反应的CO2的物质的量×100%
下列说法不正确的是( )
A．反应2CO(g)＋4H2(g)⇌CH3OCH3(g)＋H2O(g)的焓变为ΔH2－2ΔH1
B．根据图像推测ΔH1>0
C．其他条件不变时，温度越高，CO2主要还原产物中碳元素的价态越低
D．其他条件不变时，增大体系压强可以提高A点CH3OCH3的选择性
2．CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程发生下列反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－58.6 kJ·ml－1
反应 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ·ml－1
2．5 MPa下，将n(H2)∶n(CO2)＝3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性n生成CH3OH或n生成COn总转化CO2×100%以及CH3OH的收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH＝＋99.8 kJ·ml－1
B．曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化
C．图中所示270 ℃时，对应CO2的转化率为21%
D．在210～250 ℃之间，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致
3．丙烯是制造一次性医用口罩的重要原料。丙烷催化脱氢法是工业生产丙烯的重要途径，丙烷催化脱氢技术主要分为氧化脱氢和直接脱氢两种。回答下列问题：
(1)丙烷催化氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：
2C3H8(g)＋O2(g) 催化剂2C3H6(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－236 kJ·ml－1(ⅰ)
反应过程中消耗的C3H8和 生成的C3H6 的物质的量随温度的变化关系见下表。
分析表中数据得到丙烯的选择性随温度的升高而________(填“不变”“升高”或“降低”)；出现此结果的原因除生成乙烯等副产物外还可能是________。(C3H6的选择性＝C3H6的物质的量消耗C3H8的物质的量×100%)
(2)丙烷催化直接脱氢反应：
C3H8(g)⇌C3H6(g)＋H2(g)ΔH2＝＋124.3 kJ·ml －1(ⅱ)
副反应：C3H8 (g)⇌C2H4 (g)＋CH4(g) ΔH3(ⅲ)
①反应ⅱ的平衡常数、产物丙烯选择性、副产物乙烯选择性与温度关系如图所示， 分析工业生产中采用的温度为650 ℃左右的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②温度为670 ℃时，若在1 L的容器中投入8 ml C3H8，充分反应后，平衡混合气体中有2 ml CH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，计算该条件下C3H6的选择性为________%。
③欲使丙烯的产率提高，下列措施可行的是________(填写字母)。
a．恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气
b．增大氢气与丙烷的投料比
c．选择对脱氢反应更好选择性的催化剂
d．增大压强
类型三 选择最佳反应条件图像
【典题示例】
典例1 [2023·湖北卷，19(6)]纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g) H· C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是________(填标号)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
听课笔记


典例2 [2023·浙江1月，19(4)]“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：
Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝＋247 kJ·ml－1，K1
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ·ml－1，K2
CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。催化剂X可提高R值，一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表：
下列说法不正确的是________。
A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率
B．温度越低，含氢产物中H2O占比越高
C．温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率降低，R值减小
D．改变催化剂提高CH4转化率，R值不一定增大
听课笔记



【对点演练】
1．(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：
C3H8(g)＋12O2(g)⇌C3H6(g)＋H2O(g) ΔH2＝－118 kJ·ml －1
在催化剂作用下，C3H8氧化脱氢除生成C3H6外，还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。
①575 ℃时，C3H6的选择性为________。(C3H6的选择性＝C3H6的物质的量反应的C3H8的物质的量×100%)
②基于本研究结果，能提高C3H6选择性的措施是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．(1)一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气回收。反应为2CO(g)＋SO2(g) 2CO2(g)＋S(l) ΔH＝-270 kJ·ml-1。某科研小组用Fe2O3作催化剂。在380 ℃时，分别研究了[n(CO)∶n(SO2)]为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况(图1)。则图1中表示n(CO)∶n(SO2)＝3∶1的变化曲线为________。
(2)目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理，其脱硝机理示意图如图2，脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图3所示。
①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是________________。
温馨提示：请完成课时作业47
第47讲 实际工业生产中图像问题分类突破
类型一
典题示例
典例 解析：
结合图像分析可知，A项正确，B项错误；该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，结合图像可知平衡常数Ka答案：B
对点演练
1．答案：(1)2.0 (2)放热 不变
2．解析：(1)在同温同压下，增加二氧化硫的量，会使原料气中SO2和O2的物质的量之比m变大，m越大，SO2的平衡转化率越小。
(2)A点二氧化硫的平衡转化率为88%，可列三段式：
SO2(g) ＋ 12O2(g) ⇌ SO3(g)
起始/ml 10 24.4 0
变化/ml 10×88% 12×10×88% 10×88%
平衡/ml 10×12% 24.4－5×88% 10×88%
平衡时，混合气体总物质的量为[10×12%＋(24.4－5×88%)＋10×88%＋70] ml＝100 ml。达平衡时SO2的分压p(SO2)＝10×12%100×105 Pa＝1 200 Pa。
答案：(1)m1>m2>m3 Kp＝pSO3pSO2·p12O2 (2)1 200
类型二
典题示例
典例1 解析：曲线a芳香烃产物的选择性大于曲线b、c芳香烃产物的选择性，反应④为主反应，反应⑤⑥为副反应，则曲线a代表产物苯乙烯的选择性；反应④⑤的正反应为气体分子数增大的反应，反应⑥的正反应是气体分子数不变的反应；在913 K、100 kPa(即恒温恒压)下以水蒸气作稀释气，乙苯的转化率增大，即减小压强，反应④⑤都向正反应方向移动，反应⑥平衡不移动，故曲线b代表的产物是苯。
答案：苯 反应④为主反应，反应⑤⑥为副反应，苯乙烯的选择性最大；在恒温恒压下，随乙苯转化率的增大，反应⑤正向移动，反应⑥不移动，则曲线b代表产物苯
典例2 解析：根据已知反应①C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g) ΔH＝＋173.3 kJ·ml－1，反应②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ·ml－1，且反应①的热效应更大，故温度升高对反应①影响更大一些，即CO2选择性增大，同时CO的选择性减小，根据CO的选择性的定义可知③代表CO2的选择性，①代表CO的选择性，②代表H2的产率，A、B错误；两种物质参加反应增大一种物质的浓度，会降低该物质的平衡转化率，C错误；加入CaO(s)与水反应放热，对反应①影响较大，可以增大H2产率，或者选用对反应①影响较大的高效催化剂，也可以增大H2产率，D正确。
答案：D
对点演练
1．解析：由盖斯定律可知，反应2CO(g)＋4H2(g)⇌CH3OCH3(g)＋H2O(g)可由Ⅱ－2×Ⅰ得到，其焓变为ΔH2－2ΔH1，A正确；反应Ⅱ为放热反应，升高温度平衡逆向移动，由图可知随着温度的升高，二氧化碳的平衡转化率下降速率小于二甲醚的选择性下降速率，且高于300 ℃时二氧化碳的平衡转化率升高，说明反应Ⅰ正向进行，正反应为吸热反应，ΔH1>0，B正确；由B分析可知，其他条件不变时，温度越高，反应Ⅰ占据主导地位，CO2主要还原产物为CO，CO中碳元素的价态较高，C错误；反应Ⅰ为气体分子数不变的反应，反应Ⅱ为气体分子数减小的反应，其他条件不变时，增大体系压强，导致反应Ⅱ平衡正向移动，可以提高A点CH3OCH3的选择性，D正确。
答案：C
2．解析：将反应Ⅰ－反应Ⅱ得，CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH＝(－58.6－41.2) kJ·ml－1＝－99.8 kJ·ml－1，A错误；曲线a代表CO的选择性随温度的变化，B错误；图中所示270 ℃时，CO的选择性为70%，则甲醇的选择性为30%，故CO2的转化率为6.3%30%＝21%，C正确；在210～250 ℃之间，反应Ⅰ未达平衡，CH3OH的收率增大是由于温度升高，生成CH3OH的反应速率增大导致，D错误。
答案：C
3．解析：(1)根据表格数据可知各温度下C3H6的选择性分别为46、813、1733，46>813>1733，所以随温度升高丙烯的选择性降低；反应ⅰ为放热反应，升高温度，反应ⅰ的化学平衡逆向移动，也会导致丙烯的选择性下降；
(2)①据题图可知，温度控制在650 ℃，丙烯选择性高，且此时温度较高，反应速率快，而且该温度条件下平衡常数较大；
②平衡混合气体中有 2 ml CH4，则根据反应ⅲ可知平衡时该反应消耗的n1(C3H8)＝2 ml；设平衡时C3H6的物质的量为x，根据反应ⅱ可知平衡时n(H2)＝x，反应ⅱ消耗的n2(C3H8)＝x，则平衡时容器中n(C3H8)＝(8－2－x) ml，据图可知该温度下反应ⅱ的lg1K＝0，所以K＝1，容器体积为1 L，则有x×x8-2-x＝1，解得x＝2 ml，C3H6的选择性＝C3H6的物质的量消耗C3H8的物质的量×100%＝2 ml2 ml+2 ml×100%＝50%；
③恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气，则反应物和生成物的分压减小，该反应的正反应为气体体积增大的反应，减小压强平衡正向移动，可以提高丙烯的产率，故a正确；氢气为产物，增大氢气的量会使平衡逆向移动，丙烯的产率降低，故b错误；选择对脱氢反应更好选择性的催化剂，增大丙烯的选择性，提高产率，故c正确；该反应的正反应为气体体积增大的反应，增大压强会使平衡逆向移动，降低产率，故d错误。综上所述选ac。
答案：(1)降低 升高温度，反应ⅰ的化学平衡逆向移动
(2)①温度控制在650 ℃ ，丙烯选择性高，反应速率快，平衡常数较大 ②50 ③ac
类型三
典题示例
典例1 解析：由反应历程可知，该反应为吸热反应，升温，反应正向进行，提高了平衡转化率，反应速率也加快，a符合题意；由化学方程式可知，该反应为正向体积增大的反应，加压，反应逆向进行，降低了平衡转化率，b不符合题意；加入催化剂，平衡不移动，不能提高平衡转化率，c不符合题意。
答案：a
典例2 解析：R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO2的转化率增大，Δn(CO2)增大的倍数比Δn(CH4)大，则R提高，选项A正确；根据表中数据可知，温度越低，CH4转化率越小，而R越大，Δn(CO2)增大的倍数比Δn(CH4)大，含氢产物中H2O占比越高，选项B正确；温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率也增大，且两个反应中的CO2转化率均增大，增大倍数多，故R值增大，选项C不正确；改变催化剂使反应有选择性按反应Ⅰ进行而提高CH4转化率，若CO2转化率减小，则R值不一定增大，选项D正确。
答案：C
对点演练
1．解析：(2)①根据题图，575 ℃时，C3H8的转化率为33%，C3H6的产率为17%，假设参加反应的C3H8为100 ml，生成的C3H6为17 ml，C3H6的选择性＝1733×100%≈51.5%。②根据图像，535 ℃时，C3H6的选择性＝46×100%≈66.7%，550 ℃时，C3H6的选择性＝813×100%≈61.5%，575 ℃时，C3H6的选择性＝1733×100%≈51.5%，故选择相对较低的温度能够提高C3H6选择性。
答案：(1)氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃ 在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率较快
(2)①51.5% ②选择相对较低的温度
2．答案：(1)a
(2)①6NO＋3O2＋2C2H4 eq \(,\s\up7(催化剂)) 3N2＋4CO2＋4H2O
②350 ℃、负载率3.0%
反应温度
n(消耗)或n(生成)/ml
535
550
575
C3H8
6
13
33
C3H6
4
8
17
温度/℃
480
500
520
550
CH4转化率/%
7.9
11.5
20.2
34.8
R
2.6
2.4
2.1
1.8