(新高考)高考化學一輪復習課時練習第7章熱點強化練12化工生產(chǎn)中的速率、平衡圖像分析(含解析)

熱點強化練12化工生產(chǎn)中的速率、平衡圖像分析1．(2020·江蘇化學，15)CH4與CO2重整生成H2和CO的過程中主要發(fā)生下列反應CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)ΔH＝247.1kJ·mol－1H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)ΔH＝41.2kJ·mol－1在恒壓、反應物起始物質的量比n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1條件下，CH4和CO2的平衡轉化率隨溫度變化的曲線如圖所示。下列有關說法正確的是()A．升高溫度、增大壓強均有利于提高CH4的平衡轉化率B．曲線A表示CH4的平衡轉化率隨溫度的變化C．相同條件下，改用高效催化劑能使曲線A和曲線B相重疊D．恒壓、800K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1條件下，反應至CH4轉化率達到X點的值，改變除溫度外的特定條件繼續(xù)反應，CH4轉化率能達到Y點的值答案D解析升高溫度有利于題中第一個反應正向進行，有利于提高CH4的平衡轉化率，但增大壓強有利于題中第一個反應逆向進行，不利于提高CH4的平衡轉化率，A項錯誤；由題述反應及起始反應物的物質的量比可知，平衡時CO2的轉化率比CH4的高，則曲線B表示CH4的平衡轉化率隨溫度的變化，B項錯誤；使用催化劑只能加快化學反應速率，對化學平衡無影響，即曲線A和曲線B不能相重疊，C項錯誤；恒壓、800K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1條件下，反應至CH4轉化率達到X點的值，通過增大n(CO2)或減小壓強繼續(xù)反應，可以使CH4的轉化率從X點提高到Y點，D項正確。2．(2020·江西上饒市高三一模)研究煤的合理利用及CO2的綜合應用有著重要的意義。在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和2.5molH2,發(fā)生反應：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH＝－128kJ·mol－1，測得溫度對催化劑催化效率和CO2平衡轉化率的影響如圖所示：(1)圖中低溫時，隨著溫度升高催化劑的催化效率提高，但CO2的平衡轉化率卻反而降低，其原因是____________________________________________________________________。(2)250℃時，該反應的平衡常數(shù)K值為________答案(1)該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，所以二氧化碳的轉化率降低(2)1解析(1)該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，則二氧化碳的平衡轉化率降低；(2)250℃時，二氧化碳的平衡轉化率為50%，可列三段式為：eq\a\vs4\ac\hs10\co8(,2CO2（g）,＋,6H2（g）,,C2H4（g）,＋,4H2O（g）,起始態(tài)（mol/L）,1,,2.5,,0,,0,轉化態(tài)（mol/L）,0.5,,1.5,,0.25,,1,平衡態(tài)（mol/L）,0.5,,1,,0.25,,1)K＝eq\f(14×0.25,0.52×16)＝1。3．(2020·福建省莆田市高三聯(lián)考)控制含碳、氮、硫的化合物等大氣污染物對打造宜居環(huán)境具有重要意義。用NH3消除NO污染的反應原理如下：4NH3＋6NO5N2＋6H2O，不同溫度條件下，NH3與NO的物質的量之比分別為3∶1、2∶1、1∶1時，得到NO脫除率曲線如圖所示：(1)曲線c對應NH3與NO的物質的量之比是________。(2)曲線a中NO的起始濃度為4×10－4mg·m－3，從A點到B點經(jīng)過0.8s，該時間段內(nèi)NO的脫除速率為________mg·m－3·s－1。答案(1)1∶1(2)1×10－4解析(1)兩種反應物存在的反應，增大一種反應物的量可提高另一種反應物的轉化率，根據(jù)圖像，曲線c的NO脫除率最低，即NO的轉化率最低，所以NO在總反應物中的比例最高，符合的是n(NH3)∶n(NO)的物質的量之比1∶1；(2)曲線a中NO的起始濃度為4×10－4mg/m3，從A點到B點經(jīng)過0.8s，根據(jù)圖像，NO的脫除率從55%上升到75%，則該段時間內(nèi)NO的脫除量為c＝4×10－4mg/m3×(75%－55%)＝8×10－5mg/m3，時間間隔為Δt＝0.8s，所以該段時間內(nèi)NO的脫除速率為＝eq\f(8×10－5mg/m3,0.8s)＝1.0×10－4mg/(m3·s)。4．(2020·陜西咸陽市高三二檢)烯烴催化裂解是制備短鏈烯烴的重要途徑。研究表明，1－丁烯[CH3CH2CH=CH2(g)]催化裂解時，發(fā)生兩個平行競爭反應生成丙烯和乙烯，兩反應的熱化學方程式為：①3CH3CH2CH=CH2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))4CH3CH=CH2(g)ΔH＝＋579kJ·mol－1②CH3CH2CH=CH2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2CH2=CH2(g)ΔH＝＋283kJ·mol－1(1)550℃和0.02～0.5MPa下，①②兩個反應均建立平衡，測得平衡混合物里各組分的質量分數(shù)隨壓強變化的曲線如下圖所示。由圖可知，1－丁烯的質量分數(shù)隨壓強的增大而增大，主要原因是____________________________________________________________________(2)在1－丁烯裂解的實際生產(chǎn)中，為了提高產(chǎn)物中丙烯的含量，除了選擇合適的溫度和壓強之外，還有一條關鍵措施是________________。0.1MPa和300～700℃下，1－丁烯裂解產(chǎn)物中各組分比例變化的曲線如下圖所示。由圖可知，生產(chǎn)過程中提高丙烯質量分數(shù)的最佳溫度為________℃，在該溫度之前各溫度對應的組成________(填“一定是”、“可能是”或“一定不是”)平衡態(tài)，理由是____________________________________________________________________答案(1)其它條件不變時，增大壓強，CH3CH2CH=CH2催化裂解為丙烯或乙烯的平衡均逆向移動，CH3CH2CH=CH2的質量分數(shù)會增大(2)高選擇性的催化劑450可能是1－丁烯裂解為丙烯和乙烯的反應均為吸熱反應，升高溫度，兩個平衡均正向移動，導致丙烯和乙烯的質量分數(shù)增大解析(1)已知：①3CH3CH2CH=CH2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))4CH3CH=CH2(g)ΔH＝＋579kJ·mol－1，②CH3CH2CH=CH2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2CH2=CH2(g)ΔH＝＋283kJ·mol－1，①②兩個反應的逆反應均為氣體總物質的量減小的反應，則其它條件不變時，增大壓強，CH3CH2CH=CH2催化裂解為丙烯或乙烯的平衡均逆向移動，CH3CH2CH=CH2的質量分數(shù)會增大；(2)已知：①3CH3CH2CH=CH2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))4CH3CH=CH2(g)ΔH＝＋579kJ·mol－1，②CH3CH2CH=CH2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2CH2=CH2(g)ΔH＝＋283kJ·mol－1，則生產(chǎn)過程中除選擇合適的溫度和壓強之外，還需要選擇高選擇性的催化劑；由0.1MPa和300～700℃下，1－丁烯裂解產(chǎn)物中各組分比例變化的曲線可知，生產(chǎn)過程中提高丙烯質量分數(shù)的最佳溫度為450℃左右；1－丁烯裂解為丙烯和乙烯的反應均為吸熱反應，升高溫度，兩個平衡均正向移動，導致丙烯和乙烯的質量分數(shù)增，則450℃之前各溫度對應的組成可能是平衡態(tài)。5．(2020·河南六市聯(lián)合一調(diào))(1)NHeq\o\al(＋,4)硝化過程的離子方程式是2NHeq\o\al(＋,4)＋3O22HNO3＋2H2O＋2H＋，恒溫時在亞硝酸菌的作用下發(fā)生該反應，實驗測得在其它條件一定時，NHeq\o\al(＋,4)硝化反應的速率隨溫度變化曲線如下圖A所示，溫度高于35℃時反應速率迅速下降的原因可能是__________________________。(2)亞硝酸鹽含量過高對人和動植物都會造成直接或間接的危害，因此要對亞硝酸鹽含量過高的廢水進行處理。處理亞硝酸鹽的方法之一是用次氯酸鈉將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽，反應方程式是ClO－＋NOeq\o\al(－,2)=NOeq\o\al(－,3)＋Cl－。在25℃和35℃下，分別向NOeq\o\al(－,2)初始濃度為5×10－3mol/L的溶液中按不同的投料比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(nClO－,nNO\o\al(－,2))))加入次氯酸鈉固體(忽略溶液體積的變化)，平衡時NOeq\o\al(－,2)的去除率和溫度、投料比的關系如上圖B所示，a、b、c、d四點ClO－的轉化率由小到大的順序是________________,35℃時該反應的平衡常數(shù)K＝________(保留三位有效數(shù)字)。答案(1)溫度過高使亞硝酸菌變性(2)d、c、b、a2.67解析(1)由圖A可知35℃(2)由圖像可知，a、b兩點溫度相同，都是25℃，由a點到b點，投料比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(nClO－,nNO\o\al(－,2))))不斷增大，可以理解為不斷增加n(ClO－)，NOeq\o\al(－,2)的去除率不斷增大，而ClO－的轉化率不斷減小，所以ClO－的轉化率：a>b，同理可得：c>d，而b、c兩點，投料比相同，由b到c升高溫度，而NOeq\o\al(－,2)的去除率不斷減小，說明正反應是放熱反應，則ClO－的轉化率b>c，所以a、b、c、d四點ClO－的轉化率由小到大的順序是：d、c、b、a；NOeq\o\al(－,2)的初始濃度為5×10－3mol/L,35℃當投料比為2的時候，NOeq\o\al(－,2)的去除率為80%，平衡時NOeq\o\al(－,2)的轉化量為5×10－3mol/L×80%＝4×10－3mol/L，用三段式進行計算：eq\a\vs4\ac\hs10\co8(,ClO－,＋,NOeq\o\al(－,2),,NOeq\o\al(－,3),＋,Cl－,始（mol/L）,1×10－2,,5×10－3,,0,,0,轉（mol/L）,4×10－3,,4×10－3,,4×10－3,,4×10－3,平（mol/L）,6×10－3,,1×10－3,,4×10－3,,4×10－3)平衡常數(shù)K＝eq\f(4×10－3×4×10－3,6×10－3×1×10－3)＝eq\f(16,6)≈2.67。6．(2020·安徽合肥市二質檢)(1)在一定條件下，將1molCO和2molH2通入密閉容器中進行反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－129kJ/mol。當改變某一外界條件(溫度或壓強)時，CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)變化趨勢如圖所示：①平衡時，M點CH3OH的體積分數(shù)為10%，則CO的轉化率為________。②X軸上b點的數(shù)值比a點________(填“大”或“小”)。某同學認為圖中Y軸表示溫度，你認為他判斷的理由是_________________。(2)分解HI曲線和液相法制備HI反應曲線分別如圖1和圖2所示：①反應H2(g)＋I2(g)2HI(g)的ΔH________(填“大于”或“小于”)0。②將二氧化硫通入碘水中會發(fā)生反應：SO2＋I2＋2H2O3H＋＋HSOeq\o\al(－,4)＋2I－，I2＋I－Ieq\o\al(－,3)，圖2中曲線a、b分別代表的微粒是________、________(填微粒符號)；由圖2知要提高碘的還原率，除控制溫度外，還可以采取的措施是________。答案(1)①25%②大該反應為放熱反應，隨著Y值的增大，c(CH3OH)減小，平衡CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)向逆反應方向進行，故Y為溫度(2)①小于②H＋Ieq\o\al(－,3)減小eq\f(nI2,nSO2)的投料比解析(1)①平衡時，M點CH3OH的體積分數(shù)為10%，eq\a\vs4\ac\hs10\co6(,CO（g）,＋,2H2（g）,,CH3OH（g）,起始量,1mol,,2mol,,0,變化量,x,,2x,,x,平衡量,1－x,,2－2x,,x)eq\f(x,1－x＋2－2x＋x)＝eq\f(1,10)x＝0.25mol則CO的轉化率為eq\f(0.25mol,1mol)×100%＝25%。②因為隨著X的增大，甲醇的體積分數(shù)增大，說明平衡正向移動，X軸應表示壓強。X軸上b點的數(shù)值比a點大。該同學判斷的理由是：該反應為放熱反應，隨著Y值的增大，c(CH3OH)減小，平衡CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)向逆反應方向進行，故Y為溫度。(2)①因為隨著溫度的不斷升高，HI的物質的量不斷減小，所以平衡逆向移動，正反