2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（三十九） 工业生产中的化学平衡图像分析 （含答案）

这是一份2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（三十九） 工业生产中的化学平衡图像分析 （含答案），共16页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时跟踪检测（三十九） 工业生产中的化学平衡图像分析

一、选择题
1.在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是( )
A．该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B．T2下，在0～t1时间内，v(Y)＝ mol·L－1·min－1
C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小
2．(2023·武汉二中模拟)如图是温度和压强对反应X(？)＋Y(？)2Z(？)影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示反应达到平衡时混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是( )
A．该反应的正反应为放热反应
B．X、Y、Z可能均为气态
C．X和Y中只有一种为气态，Z为气态
D．10 kPa时平衡常数为K1,100 kPa时平衡常数为K2，则K1＞K2
3．已知反应：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是( )

A．上述反应的ΔH0
C．a、c点反应速率：va>vc
D．30 ℃时，b点对应状态的v正>v逆

二、非选择题
6．绿色能源是未来能源发展的重要方向，氢能是重要的绿色能源。
(1)氢气是一种环保的气体，不会污染大气且热值高。相关化学键的键能如表所示：
化学键
O===O
H—H
O—H
键能E/(kJ·mol－1)
a
b
c

则氢气燃烧热的ΔH1＝_____kJ·mol－1。(用含a、b、c代数式表示)
(2)催化制氢是目前大规模制取氢气的方法之一：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1
在T1℃时，将0.10 mol CO与0.40 mol H2O充入5 L的容器中，反应平衡后H2的物质的量分数x(H2)＝0.08。
①CO的平衡转化率α1＝______%，反应平衡常数K＝______。(结果保留2位有效数字)
②保持K不变，提高CO平衡转化率措施有：___________________________________。(任意一条)
③由T1℃时上述实验数据计算得到v正～x(CO)和v逆～x(H2)的关系可用如图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为____。(填字母)

④研究表明，CO催化变换反应的速率方程为v＝k式中，x(CO)、x(H2O)、x(CO2)、x(H2)分别表示相应的物质的量分数，Kp为平衡常数，k为反应的速率常数，温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下，反应速率随温度变化的曲线如图所示。温度升高时，CO催化变换反应的Kp____(填“增大”“减小”或“不变”)。根据速率方程分析，T＞Tm时v逐渐减小的原因是________________________________________________。

7．(2021·湖南等级考·节选)某兴趣小组对氨分解制氢气的反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。

(1)若保持容器容积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0～t1时间内的反应速率v(H2)＝____mol·L－1·min－1(用含t1的代数式表示)。
(2)t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是______(用图中a、b、c、d表示)，理由是________________________
________________________。
(3)在该温度下，反应的标准平衡常数Kθ___[已知：分压＝总压×该组分物质的量分数，对于反应dD(g)＋eE(g)gG(g)＋hH(g) Kθ＝，其中pθ＝100 kPa，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。

8．以CH4、CO2为原料制备合成气(CO、H2)，发生的反应如下：
主反应a：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔHa＝＋373.9 kJ·mol－1
副反应b：CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔHb＝＋74.8 kJ·mol－1
副反应c：CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g) ΔHc
已知：主反应选择性指发生主反应所消耗的CH4在全部所消耗的CH4中占有的比例。
回答下列问题：
(1)CH4和H2的燃烧热分别为763.7 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol－1，则CO的燃烧热为_____kJ·mol－1。
(2)在同一固相催化剂和5×105 Pa下，研究不同温度，投料比对CH4平衡转化率及H2O体积分数的影响，数据如图所示。

①反应c的ΔHc____0(填“大于”“等于”或“小于”)。
②在该催化剂作用下，投料比为2，T1时主反应a的选择性为60%，则体系达平衡后H2的体积分数为____%(保留到小数点后一位)。
③根据图像，选择合成体系适宜的反应条件为___________________________，原因是________________________________________________；相同温度下，随着投料比增加，主反应的反应速率先加快后减慢，导致主反应的反应速率减慢的主要原因可能是________________________________________________。

9．用CO2氧化C2H6制C2H4是化工工业的一个新课题，相关主要化学反应有：
Ⅰ.C2H6(g)＋CO2(g)C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)ΔH1>0
Ⅱ.C2H6(g)＋2CO2(g)4CO(g)＋3H2(g)ΔH2>0
(1)反应Ⅱ不利于反应Ⅰ中乙烯生成的原因是__________________________________；
一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，应当_________。
(2)容器体积为1.0 L，控制C2H6和CO2初始投料量为2 mol 和3 mol，乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性与温度、压强的关系如图所示乙烯的选择性＝。

则X代表____(填“温度”或“压强”)；L1和L2哪个大？____。并说出理由：________________________；M点反应Ⅰ的平衡常数为____(结果保留2位有效数字)。

10．(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·mol－1。
①其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1，Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是________________________________________________。
②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2)。则图2中表示n(CO)∶n(SO2)＝3∶1的变化曲线为______。

(2)甲醇在工业上可利用水煤气来合成：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔHv逆
解析：选D　A项，c点－lg K＝3.638，则平衡常数K＝1.0×10－3.638，正确；B项，－lg K越大，则平衡常数K越小，由题图可知，随温度的升高，平衡常数增大，则平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，故该反应的ΔH>0，正确；C项，a点温度高于c点，va>vc，正确；D项，b点的值大于平衡常数的值，反应向逆反应方向进行，则b点对应的v正0
Ⅱ.C2H6(g)＋2CO2(g)4CO(g)＋3H2(g)ΔH2>0
(1)反应Ⅱ不利于反应Ⅰ中乙烯生成的原因是__________________________________；
一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，应当_________。
(2)容器体积为1.0 L，控制C2H6和CO2初始投料量为2 mol 和3 mol，乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性与温度、压强的关系如图所示乙烯的选择性＝。

则X代表____(填“温度”或“压强”)；L1和L2哪个大？____。并说出理由：________________________；M点反应Ⅰ的平衡常数为____(结果保留2位有效数字)。
解析：(1)反应Ⅱ有CO生成，CO浓度增大使反应Ⅰ平衡逆向移动，乙烯的产率减小；温度和压强确定的条件下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，应当选择合适的催化剂。
(2)反应Ⅰ、Ⅱ的正反应均为吸热反应，同时为气体分子数增加的反应，故升高温度，Ⅰ、Ⅱ反应平衡均正向移动，乙烷的转化率增大；增大压强，Ⅰ、Ⅱ反应平衡均逆向移动，乙烷的转化率减小，故X代表温度，L1、L2代表不同压强，L2>L1。M点反应Ⅰ已达到平衡状态，由图可知，此时C2H6的转化率为50%，乙烯的选择性为80%，此时容器容积为1.0 L，C2H6初始加入量为2.0 mol，CO2的初始加入量为3.0 mol，列关系式：


综合反应Ⅰ、Ⅱ可知，平衡时的c(C2H6)＝[2.0－(0.8＋0.2)]mol·L－1＝1 mol·L－1，c(CO2)＝[3.0－(0.8＋0.4)]mol·L－1＝1.8 mol·L－1，c(H2O)＝0.8 mol·L－1，c(CO)＝1.6 mol·L－1，c(C2H4)＝0.8 mol·L－1，
故K(Ⅰ)＝＝≈0.57。
答案：(1)反应Ⅱ有CO生成，CO浓度增大使反应Ⅰ平衡逆向移动，乙烯的产率减小 选择合适的催化剂 (2)温度 L2 L1、L2代表不同压强，Ⅰ、Ⅱ的正反应均为气体分子数增加的反应，增大压强，Ⅰ、Ⅱ反应平衡均逆向移动，乙烷的转化率减小，故L2>L1(其他合理答案也可) 0.57
10．(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·mol－1。
①其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1，Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是________________________________________________。
②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2)。则图2中表示n(CO)∶n(SO2)＝3∶1的变化曲线为______。

(2)甲醇在工业上可利用水煤气来合成：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH