[33138075]突破10 化学平衡图像说理题(二)——选择反应最佳条件-备战2022年高考化学《反应原理综合大题》逐空突破系列.docx

1、化学平衡图像说理题(二)选择反应最佳条件【化工生产适宜条件选择的一般原则】条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制【真题感悟】1、2018天津卷节选 CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)+ CO2(g)2CO (g)+ 2H2(g) H= +120 kJmol-1 ，按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度

2、对CO和H2产率的影响如图所示。此反应优选温度为900的原因是_2、2017天津卷节选 已知：生物脱H2S的原理：H2SFe2(SO4)3=S2FeSO4H2SO44FeSO4O22H2SO42Fe2(SO4)32H2O由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为_。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是_3、2016全国卷节选 以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol

3、1丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为_，理由是_4、2015浙江卷节选乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：H2(g)H124 kJmol1，工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为19)，控制反应温度600 ，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)变化如图，控制反应温度为600 的理由_【经典训练】1、工业上用AlSiFe合金在一定条件下还原白云石主要成分为CaMg(CO3)2可制取金属镁。实际生产中镁

4、的还原率在不同条件下的变化曲线如图3、4所示。 图3不同氟盐添加量与还原率的关系 图4不同还原温度下氟盐对还原过程的影响实际生产中通过添加氟盐来提高镁的还原率，选择最佳的氟盐及添加量是温度一般控制在1 140 ，原因是 2、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)H1.0时，烟气中NO含量反而增大，主要原因是_ _(3)烟气脱硫、脱硝一体化技术是大气污染防治研究的热点。ClO2及NaClO2均是性能优良的脱硫脱硝试剂。某研究小组用ClO2进行单独脱除SO2实验时，测得SO2的脱

5、除率随溶液pH变化如图所示。当3pH7时，随pH的增大，SO2脱除率逐渐降低，其原因是_；在pH约7.8之后，随pH的增大，SO2脱除率又开始升高，其原因是_。6、CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应H_0(填“”或“”)。实际生产条件控制在250 、1.3104 kPa左右，选择此压强的理由是_7、研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。NH3与NO的物质的量之比分别为13、31、41时，NO脱除率随温度变化的曲线如图所示。(1)曲线a中，NO的起始浓度为6104 mgm3，从A点到B点经过

6、0.8 s，该时间段内NO的脱除速率为_mgm3s1。(2)曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是_，其理由是_ _8、针对反应3CO(g)3H2(g)CH3OCH3(g)CO2(g)，在恒定压强下，该反应的反应物CO的平衡转化率随温度和不同投料比的变化如图所示。研究发现，使用CuMn合金作催化剂，可以有效加快该反应的反应速率，实验测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂中n(Mn)/n(Cu)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。在实际生产过程中，需要加入催化剂，而且反应器必须要进行热交换，以保证反应器的温度控制在270340 ，其原因是_ _9、

7、T 时，向一恒容密闭容器中加入3 mol H2和1 mol Se，发生反应：H2(g)Se(s)H2Se (g)H0，温度对H2Se产率的影响如图：550 时H2Se产率最大的原因：_。10、二醚水蒸气重整制氢过程涉及反应如下：CH3OCH3(g)3H2O(g)=2CO2(g)6H2(g)H122.6kJmol1CO会造成燃料电池催化剂中毒，重整反应体系中CO体积分数随水醚比与温度的变化关系如图2。相同温度下，水醚比为_时，CO体积分数最高。实际生产中选择反应温度为250 的原因为_；选择水醚比为36的原因为_11、氨气制取尿素CO(NH2)2的合成塔中发生反应：2NH3(g)+CO2(g)C

8、O(NH2)2(l)+H2O(g)。下图为合成塔中不同氨碳比a 和水碳比b时二氧化碳转化率()。b宜控制在范围内 A.0.60.7B.11.1C.1.51.6 a宜控制在4.0左右，理由是12、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AgZSW5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，在1条件下，最佳温度应控制在_左右13、用催化转化装置净化汽车尾气，装置中涉及的反应之一为2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)。探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是_14、采用一种新型的催化

9、剂(主要成分是CuMn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(CH3OCH3)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15、二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应(以下数据为25 、1.01105 Pa测定)：CH3OCH3(g)H2O(l)2CH3OH(l)H0：CH3OH(l)H2O(l)CO2(g)3H2(g) H0：CO(g)H2O(l)CO2(g)H

10、2(g)H0：CH3OH(l)CO(g)2H2(g)H0工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如图所示，你认为反应控制的最佳温度应为_A300350 B350400 C400450 D450500 16、煤制天然气发生2个反应，反应：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H135 kJmol1，反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H41 kJmol1。下图表示不同温度条件下，煤气化反应发生后的汽气比(水蒸气与原料气中CO物质的量之比)与CO平衡转化率的变化关系。若煤气化反应发生后的汽气比为0.8，经煤气化反应和水气变换反应后，得到CO与H2的物质的量之比为1

11、3，则反应应选择的温度是_(填“T1”“T2”或“T3”)17、重晶石主要成分为BaSO4，含少量的SiO2、CaO和MgO杂质，以下是一种制取Ba(NO3)2的工业流程。焙烧过程中主反应为：BaSO4 4CBaS 4CO，除此以外还可能有BaCO3等副产物生成，通过改变温度以及煤粉的用量可减少副反应发生 (1)依据图1判断生成BaS的反应是_(填“放热”或“吸热”)反应；反应温度至少应控制在_以上。(2)控制BaSO4的量不变，改变C的量，测得原料中碳的物质的量对平衡组成的影响如图2所示，判断原料中至少为_a1.5b2.0c3.7518、以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO)，脱硝机理如图

12、1，则总反应的化学方程式为_；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2，为达到最佳脱硝效果，应采用的条件是_ 【化学平衡图像说理题(二)选择反应最佳条件】答案【真题感悟】1、900 时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低。 解析：根据图3得到，900时反应产率已经比较高，温度再升高，反应产率的增大并不明显，而生产中的能耗和成本明显增大，经济效益会下降，所以选择900为反应最佳温度2、30 、pH2.0蛋白质变性(或硫杆菌失去活性)解析：由图1可知，温度在30 左右时，Fe2氧化速率最快；由图2可知，反应混合液的pH2.0左右时，Fe2氧化速

13、率最快。由此可推断使用硫杆菌的最佳条件为温度为30 、混合液的pH2.0。硫杆菌属于蛋白质，若反应温度过高，受热变性失活，导致反应速率下降。3、1.0该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低4、600 ，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降，高温还可能使催化剂失活，且能耗大【经典训练】1、 CaF2、3%该温度时，镁的还原率已近90%，温度低还原率低，温度太高能耗高2、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3、Mn200 左右ba段，开始温度较低

14、，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4、CO2CH4CH3COOH 250 催化剂效率下降是影响乙酸生成速率的主要原因 温度升高是影响乙酸生成速率的主要原因 解析：CO2和CH4发生反应：CO2CH4CH3COOH；根据图像，当温度为250时，乙酸的生成速率最大，催化剂的催化效率最大；在250300过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率的降低，导致反应速率也降低；而在300400时催化效率低且变化程度小，但反应速率增加较明显，因此该过程中温度是影响速率的主要因素，温度越高，反应速率越大。

15、5、(1)催化剂 2C2H4 + 6Cu+(NO2) = 3N2 + 4CO2 + 4H2O + 6Cu+ (2)正反应放热，温度过高会降低NO的转化率 NH3和O2再次反应生成NO(或4NH3+5O2=4NO+6H2O) (3)pH7.8后，随着碱性的增强，生成ClO2-增多，氧化性增强，SO2的脱除率上升 解析：(1) 催化剂在化学反应前后性质、质量不变，图示中Cu在反应前后不变，为催化剂；用乙烯进行脱硝（NO），从图示可以知道，乙烯被NO氧化成二氧化碳(其中C由-2+4)，NO自身被还原成N2(其中N由+20)，反应方程式为：2C2H4 + 6Cu+(NO2) = 3N2 + 4CO2

16、+ 4H2O + 6Cu+，因此，本题正确答案是：催化剂；2C2H4 + 6Cu+(NO2) = 3N2 + 4CO2 + 4H2O + 6Cu+；(2)该方法应控制反应温度在315400之间，反应温度不宜过高，温度过高，使脱硝的主要反应的平衡向逆方向移动，脱硝率降低，因此，本题正确答案是：正反应放热，温度过高会降低NO的转化率；当n(NH3)/n(NO) 1.0时，过量的氨气与氧气反应生成NO，所以烟气中NO浓度增大，因此，本题正确答案是：NH3和O2再次反应生成NO；(3)由图可知，当3pH7时，随pH的增大，ClO2的稳定性降低，氧化性减弱，SO2脱除率逐渐降低；在pH约7.8之后，随p

17、H的增大，生成ClO2-增多，氧化性增强，SO2脱除率又开始升高。因此，本题正确答案是：pH7.8后，随着碱性的增强，生成ClO2-增多，氧化性增强，SO2的脱除率上升。6、在1.3104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失解析：从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故H0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在1.3104 kPa下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。7、(1)1.5104 (2)31 NH3与NO的物质的量之比越大，NH3的量越多，促使平衡向正反应方向移动，NO的脱除率越大，再根据图像，可推得曲线b对应的NH

18、3与NO的物质的量之比为31解析：从A点到B点的浓度变化为(0.750.55)6104 mgm31.2104 mgm3，脱除速率为1.5104 mgm3s1；根据勒夏特列原理，NH3与NO的物质的量之比越大，NH3的量越多，促使平衡向正反应方向移动，NO的脱除率越大，再根据图像，可推得曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比为31。8、2.0(与2.0接近的值均算正确，如2.1)制取二甲醚的反应是放热反应，随着反应的进行，反应器内的温度必然升高，而温度升高，化学平衡向左移动，同时，温度不断升高，催化剂的活性将降低，均不利于二甲醚的合成9、低于550 时，温度越高反应速率越快，H2Se的产率越大；

19、高于550 时，反应达到平衡，该反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，H2Se的产率越小10、1相同条件下，温度过高CO体积分数较高，温度过低反应速率较小相同条件下，水醚比6，H2含量过低解析：如图所示，相同温度下，水醚比为1时CO体积分数最高。根据题干信息结合工业生产需要分析得，实际生产中选择反应温度为250 的原因为相同条件下，温度过高CO体积分数较高，温度过低反应速率较小；选择水醚比为36的原因为相同条件下，水醚比6，H2含量过低。11、A 当氨碳比大于4.0时，增大氨气的量CO2转化率增加不大，但生产成本提高了；氨碳比太小，CO2转化率低解析：控制变量，作垂直于横轴的一条直线交三条曲线

20、于三点，转化率越高越好，所以选择A。选择最佳氨碳比，可看最上面曲线的走势，整体增加，曲线先陡后平(略上升)，依然选择拐点，当氨碳比大于4.0时，增大氨气的量CO2转化率增加不大，但生产成本提高了；氨碳比太小，CO2转化率低。12、(1)870 K(860880 K范围内都可以)13、400 K,1 MPa14、2.0解析：由题图可知当催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多15、C解析：400450 二甲醚的转化率较高，再升高温度，增大成本，转化率提高有限，温度太低，反应速率太慢16、T3解析：要知道反应的温度，根据图像，只能求CO的转化率。设反应开始时n

21、(H2O)a mol，平衡时转化的n(H2O)x mol，反应平衡时转化的n(H2O)y mol，则C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)起始：a 0 0变化： x x x平衡： ax x x汽气比为0.8，得出0.8，CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始：xax 00变化： y y y y平衡： xy axy y y因此有：，解得，即CO的转化率为50%，对应温度是T3。17、(1)吸热600 (2)c解析：(1)由图可知升高温度，CO的物质的量增大，则升高温度平衡正向移动，为吸热反应，为减少副反应的发生，应在600 以上进行。(2)由图像可知加入C可以减少副反应，使硫酸钡完全转化生成BaS，且C生成CO，BaS为0.2 mol，CO为0.75 mol，根据原子守恒，则判断原料中至少为3.75。18、6NO3O22C2H43N24CO24H2O350 左右、负载率3.0%解析：根据图1可以知道，在催化剂的作用下，C2H4与NO、O2反应最终生成N2、CO2、H2O，总反应的化学方程式为：6NO3O22C2H43N24CO24H2O；由图可知，b曲线的最高点处，脱硝率高，负载率低，温度适宜，适宜条件为350 左右、负载率3.0%。