2022届高考化学人教版二轮专题复习训练-热练(六)和化工生产有关的曲线的分析与应用.docx

热练(六)和化工生产有关的曲线的分析与应用1CO2催化加氢合成甲醇(反应)中伴随着反应的发生：反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H41 kJ·mol1反应：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H49 kJ·mol1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CH3OH的选择性随温度的变化如图。其中：CH3OH的选择性×100%。(1)温度高于300 ，CO2平衡转化率随温度的升高而上升的原因是_。(2)220 时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OH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CH3OH选择性的措施有_(写出两点)。答案(1)反应的H0，反应的H0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度(2)增大压强；使用对反应催化活性更高的催化剂解析(1)由题干可知：反应的H0，故温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升；而反应的H0，故温度升高使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降，但由于上升幅度超过下降幅度，最终导致CO2的平衡转化率上升。(2)根据CH3OH的选择性×100%，想提高其选择性，应该使得平衡向生成CH3OH的方向移动，温度不能改变，只能改变压强和浓度，若增大H2的浓度，反应也向正向移动，CH3OH的选择性不一定提高，但是增大压强，反应平衡不移动，反应平衡正向移动，CH3OH的选择性一定提高，同时也可通过改变催化剂来控制反应和反应的发生，寻找一种对反应催化活性更高的催化剂来提高其选择性。2丙烯是三大合成材料的基本原料之一，可用于生产多种重要有机化工原料。由丙烷制丙烯的两种方法如下：.丙烷氧化脱氢法：C3H8(g)O2(g)C3H6(g)H2O(g)H1.丙烷无氧脱氢法：C3H8(g)C3H6(g)H2(g)H2124 kJ·mol1请回答下列问题：(1)已知H2(g)O2(g)=H2O(g)H242 kJ·mol1，由此计算H1_kJ·mol1。(2)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。图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是_。在550 时，C3H6的选择性为_(保留1位小数)(C3H6的选择性×100%)。C3H6的选择性：550 _575 (填“大于”或“小于”)。答案(1)118(2)温度升高，反应速率加快61.5%大于解析(1)根据盖斯定律，把C3H8(g)C3H6(g)H2(g)H2124 kJ·mol1和H2(g)O2(g)=H2O(g)H242 kJ·mol1相加即得C3H8(g)O2(g)C3H6(g)H2O(g)H1124 kJ·mol1242 kJ·mol1118 kJ·mol1。(2)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，C3H8的转化率应该降低，但实际上C3H8的转化率随温度的升高而增大，可能是升高温度，催化剂的活性增大，反应速率加快的缘故。由图可知，550 时，C3H8的转化率为13%，C3H6的产率为8%，设参加反应的C3H8为100 mol，则生成的C3H6为8 mol，则C3H6的选择性为×100%61.5%。550 时，C3H6的选择性为61.5%,575 时，C3H6的选择性为×100%51.5%，因此550 时C3H6的选择性大于575 时C3H6的选择性。3合成气是一种重要的化工原料气，可以合成甲醇、甲酸甲酯、二甲醚等化工产品。甲烷、二氧化碳自热重整制合成气的主要反应有：.CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(g)H1820.6 kJ·mol1.CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)H2247.3 kJ·mol1.CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H3206.1 kJ·mol1.CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H4回答下列问题：(1)反应的H4_kJ·mol1。(2)不同温度下，向体积为V L的含少量O2的密闭容器按照n(CO2)n(CH4)1投料，实验测得平衡时n(H2)n(CO)随温度的变化关系如图1所示：压强p1、p2、p3由大到小的顺序为_，判断的依据是_。压强为p2时，随着温度升高，n(H2)n(CO)先增大后减小。解释温度Tm前后，随着温度升高n(H2)n(CO)变化的原因分别是_。根据图1、图2，为提高CO的选择性可采取的措施为_(填字母)。A提高n(O2)n(CH4)比例B降低n(CO2)n(CH4)比例C高温、高压D低温、低压答案(1)41.2(2)p3>p2>p1反应、是气体分子数目增大的反应，减小压强平衡正向移动，n(H2)增加的程度大于n(CO)增加的程度升高温度平衡、均正向移动，T<Tm时，升高温度对反应、的促进作用大于反应，n(H2)增加的更多；T>Tm后，对反应的促进作用更大，n(CO)增加的更多AC解析(1)根据盖斯定律，反应，则H4H2H3247.3 kJ·mol1206.1 kJ·mol141.2 kJ·mol1。(2)由反应可知，反应、是气体分子数目增大的反应，减小压强平衡正向移动，n(H2)增加的程度大于n(CO)增加的程度，则压强p1、p2、p3由大到小的顺序为p3>p2>p1。根据图2，提高n(O2)n(CH4)比例，可提高CO的选择性，故A符合题意；根据图2，降低n(CO2)n(CH4)比例，不能提高CO的选择性，故B不符合题意；根据图1，升高温度、增大压强时，n(H2)n(CO)比例减小，即CO的选择性提高，故C符合题意；根据C项分析，低温、低压时CO的选择性降低，故D不符合题意。4CH4CO2重整技术是实现“碳中和”的一种理想的CO2利用技术，具有广阔的市场前景、经济效应和社会意义。该过程中涉及的反应如下。主反应：CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)H1副反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H241.0 kJ·mol1回答下列问题：(1)已知CH4、CO和H2的燃烧热分别为890.3 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1和285.8 kJ·mol1，该催化重整主反应的H1_kJ·mol1。有利于提高CO2平衡转化率的条件是_(填字母)。A高温高压 B高温低压C低温高压 C低温低压(2)在刚性密闭容器中，进料比分别等于1.0、1.5、2.0，且反应达到平衡状态。甲烷的质量分数随温度变化的关系如图甲所示，曲线c对应的_；反应体系中，随温度变化的关系如图乙所示，随着进料比的增加，的值_(填“增大”“不变”或“减小”)，其原因是_。答案(1)247.3B(2)2.0减小随着投料比的增加，n(CO2)增大，副反应平衡正向移动，导致n(CO)增多，n(H2)减少，的值减小解析(1)根据题中所给条件，可以列出：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H3890.3 kJ·mol1CO(g)O2(g)=CO2(g)H4283.0 kJ·mol1H2(g)O2(g)=H2O(l)H5285.8 kJ·mol1，根据盖斯定律可得H1H32×(H4H5)890.3 kJ·mol12×(283.0 kJ·mol1285.8 kJ·mol1)247.3 kJ·mol1；主反应：CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)，反应物化学计量数之和小于生成物化学计量数之和，并且该反应为吸热反应，故高温低压有利于二氧化碳的转化。(2)甲烷的质量分数为，由a、b、c三条曲线的起始投入甲烷的质量分数可知，甲烷的质量分数越大，越小，故曲线c对应的2.0。可对比同一温度下，三条曲线的横坐标的大小，由图可知随着进料比的增加，的值减小，其原因是随着进料比的增加，n(CO2)增大，副反应平衡正向移动，导致n(CO)增多，n(H2)减少，的值减小。5乙醇水蒸气重整制氢是一种来源广泛的制备氢气的方法，主要反应为C2H5OH(g)3H2O(g)6H2(g)2CO2(g)H1同时发生如下反应：C2H5OH(g)H2(g)CO(g)CH4(g)H249.6 kJ·mol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H341.4 kJ·mol1(1)根据图1信息，计算反应的H1_。(2)已知在某催化剂作用下，乙醇的转化率、氢气的产率和体系中含碳物质百分含量随温度的变化如图2所示。随着温度的升高，CO2的百分含量先增大后减小的原因为_；催化剂发挥作用的最佳温度是_。(3)Akande等研究了NiAl2O3催化剂上乙醇水蒸气重整反应的性能，提出了粗略的反应机理，如图3所示，其中C2H5OH分解为该反应的决速步骤。在此反应历程中，所需活化能最大的步骤是_。反应物在催化剂表面的吸附，对于此反应的进行起着至关重要的作用，可以提高C2H5OH在催化剂表面的吸附速率的措施为_(填字母)。a提高水蒸气的浓度b增大乙醇蒸气的分压c增大催化剂的比表面积d降低产物浓度乙醇水蒸气重整制氢反应，在其他条件一定的情况下，不同催化剂对氢气产率的影响如图4所示，M点处氢气的产率_(填“可能是”“一定是”或“一定不是”)该反应的平衡产率，原因为_。答案(1)183.5 kJ·mol1(2)低温时以反应为主，反应为吸热反应，随着温度的升高平衡正向移动，CO2的产率增大，高温时以反应为主，反应为放热反应，随着温度升高平衡逆向移动，产率下降723 K(3)步骤bc一定不是M点处氢气的产率小于其他催化剂作用下氢气的产率，催化剂不影响平衡转化率解析(1)由图像知H1E生成物E反应物1 756 kJ·mol11 572.5 kJ·mol1183.5 kJ·mol1。(2)低温时以反应为主，反应为吸热反应，随着温度的升高平衡正向移动，CO2的产率增大，高温时以反应为主，反应为放热反应，随着温度升高平衡逆向移动，产率下降；由图像可知，723 K时二氧化碳的百分含量最高，乙醇的转化率较大，温度高于723 K二氧化碳的含量反而减小，所以最佳温度为723 K。(3)反应的决速步，速率最小，活化能最大，故所需活化能最大的步骤是步骤。6将CO2转化成C2H4可以变废为宝、改善环境。以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下：C2H6(g)=CH4(g)H2(g)C(s)H19 kJ·mol1C2H4(g)H2(g)=C2H6(g)H2136 kJ·mol1H2(g)CO2(g)=H2O(g)CO(g)H341 kJ·mol1(1)CO2、C2H6为原料合成C2H4的主要反应：CO2(g)C2H6(g)=C2H4(g)H2O(g)CO(g)H_；任意写出两点加快该反应速率的方法：_。(2)0.1 MPa时向密闭容器中充入CO2和C2H6，发生反应CO2(g)C2H6(g)=C2H4(g)H2O(g)CO(g)，温度对催化剂KFeMn/Si2性能的影响如图所示：工业生产综合各方面的因素，反应选择800 的原因是_。C2H6的转化率随着温度的升高始终高于CO2的原因是_。800 时，随着的比值增大，CO2转化率将_(填“增大”或“减小”)。答案(1)177 kJ·mol1升温；加压；增大反应物的浓度；选择合适的催化剂(任写两点即可)(2)800 时，CO2的转化率增大较多，有利于提高C2H4的产率；800 时，C2H4选择性与820 相比略高温度升高促使反应向正反应方向进行，C2H6的转化率升高减小解析(1)由题干结合盖斯定律可知，可得主要反应CO2(g)C2H6(g)=C2H4(g)H2O(g)CO(g)，HH3H241 kJ·mol1(136 kJ·mol1)177 kJ·mol1，加快反应速率的方法有升高反应温度、增大压强、使用合适的催化剂以及增大反应物浓度等。(2)由题干图示可知，800 时，CO2的转化率增大较多，有利于提高C2H4的产率；800 时，C2H4选择性与820 相比略高。由题干信息可知，温度升高促使反应向正反应方向进行，C2H6的转化率升高，故C2H6的转化率随着温度的升高始终高于CO2。根据勒夏特列原理可知，800 时，增大，即增大CO2的浓度，平衡向正反应方向移动，C2H6的转化率增大，而CO2的转化率减小。7羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂，能防治某些害虫和真菌的危害。以FeOOH作催化剂，分别以CO和CO2为碳源，与H2S反应均能产生COS，反应如下：反应：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)反应：CO2(g)H2S(g)COS(g)H2O(g)(1)以CO为碳源制COS反应分两步进行，其反应过程能量变化如图所示。CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)H_。决定COS生成速率的步骤是_(填“第1步”或“第2步”)。(2)在密闭容器中按下表投料，分别发生反应和反应(N2不参与反应)，反应时间和压强相同时，测得COS的物质的量分数随温度变化关系如图实线所示(虚线表示平衡曲线)。反应反应起始投料COH2SN2CO2H2SN2起始物质的量分数/%11981198已知相同条件下，反应速率比反应快。反应的平衡曲线是_(填字母)。8001 200 时，曲线d中COS物质的量分数不断增大，原因是_。下列说法正确的是_(填字母)。A降低反应温度，CO和CO2的平衡转化率均增大B该实验中，900 时，反应COS的生成速率大于分解速率C恒温恒容下反应达到平衡后，增大N2的体积分数，平衡正向移动D选用合适的催化剂均能增大反应和反应的COS的平衡产率答案(1)11.3 kJ·mol1第1步(2)a温度升高，反应速率加快，相同时间内生成的COS物质的量增多，物质的量分数不断增大AB解析(1)从图像可以看出，2CO(g)2H2S(g)2COS(g)2H2(g)的H168.9 kJ·mol1191.5 kJ·mol122.6 kJ·mol1，所以CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)的H11.3 kJ·mol1。两步反应中，反应速率慢的决定整个反应的速率，活化能越大，反应速率越慢，所以决定COS生成速率的步骤是第1步。(2)已知相同条件下，反应速率比反应快。从图像可以看出，相同温度下，a曲线的COS物质的量分数大，所以a曲线表示反应。8001 200 时，曲线d中COS物质的量分数不断增大，原因是8001 200 时，反应还没有达到平衡，随着温度升高，反应速率加快，COS物质的量分数不断增大。从图像可以看出，随着温度升高，两个反应平衡时生成物的物质的量分数均减小，说明两个反应的正反应都是放热反应，所以降低反应温度，平衡向右移动，CO和CO2的平衡转化率均增大，故A正确；该实验中，900 时，反应还没有达到平衡状态，所以COS的生成速率大于分解速率，故B正确；恒温恒容下反应达到平衡后，增大N2的体积分数，反应物和生成物的物质的量浓度均不变，所以平衡不移动，故C错误；催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡状态，所以选用合适的催化剂不能增大反应和反应的COS的平衡产率，故D错误。