2024年江蘇高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 微主題6　化學(xué)平衡圖像分析 課時(shí)練（含解析）

微主題6化學(xué)平衡圖像分析

1.(2021.連云港期中)二甲醴(CH30cH3)是一種新型能源，被譽(yù)為“21世紀(jì)的

清潔燃料"。以CO和H2為原料，在一定溫度和壓強(qiáng)下，用催化劑(主要成分是

Cu-Mn的合金)生成二甲醴和副產(chǎn)物甲醇的反應(yīng)如下：

①3H2(g)+3co(g)^^CH30cH3(g)+CO2(g)

②2H2(g)+C0(g)—>CH30H(g)

8o8o

72

%

都6o6o

7

)4o4o

都

2o2o

0

1.02.03.04.0w(Mn)

■^cin

催化劑中粵?對(duì)合成二甲醴的影響情況如圖所示

n(Cu)

(目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率\

［已知：選擇性=；超看屋X100%%下列說法不正確的是()

A.選擇合適催化劑能提高CH30cH3的產(chǎn)率

B.采取壓縮體積的方式可以增大二甲醴的產(chǎn)率

C.當(dāng)粵?=2時(shí)，二甲醴的選擇性為90%,二甲醴的產(chǎn)率為64.8%

〃(Cu)

D.當(dāng)粵?減小時(shí)，CH30H的產(chǎn)率一定增大

2.(2022.海門檢測(cè))HCOOCH3是一種重要的化工產(chǎn)品，被公認(rèn)為“萬能中間

體”。甲醇脫氫法制HCOOCH3是工業(yè)上的一種重要方法，具有工藝流程短、原

料單一'反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。其工藝過程涉及如下反應(yīng):

反應(yīng)I：2cH30H(g：h_*HCOOCH3(g)+2H2(g)AHi=+135.4kJ/mol

反應(yīng)n：CH30H(g)=CO(g)+2H2(g)AH2=+106.0kJ/mol

一定條件下，在容積為10L的恒容密閉容器中通入1.0molCH3OH氣體發(fā)生

上述反應(yīng)，在不同溫度下連續(xù)反應(yīng)4h。測(cè)得甲醇的總轉(zhuǎn)化率(a,圖中實(shí)線表示)

和HCOOCH3的選擇性(九圖中虛線表示)隨溫度變化如圖所示(已知：HCOOCH3

的選擇性=建矗耀器瞽*1°°%)。下列說法正確的是()

B.553K下，HCOOCH3的產(chǎn)量為0.1mol

C.反應(yīng)in：HCOOCH3(g)^=i2CO(g)+2H2(g)Aft=+76.6kJ/mol

D.其他條件不變，隨著溫度升高，出口處HCOOCH3、H2、CO的量均不斷

增大

3.(2022.南通基地學(xué)校聯(lián)考)某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)利用CO2和H?合成CH4的主要

反應(yīng)如下：

反應(yīng)I：CO2(g)+4H2(g)^^CH4(g)+2H2O(g)AHi

反應(yīng)n：CO2(g)+H2(g)^^CO(g)+H2O(g)Aft

在密閉容器中，控制總壓強(qiáng)為01MPa,嘿\=4,平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的

量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。下列說法不正確的是()

200400600800

溫度/t

A.AH2>0

B.曲線b表示平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化

C.選用合適的催化劑可提高生成CH4的選擇性

D.總壓強(qiáng)為0.1MPa,號(hào)瞿=4時(shí)，600?800℃范圍內(nèi)，反應(yīng)I占主導(dǎo)

4.(2022.如皋期末)利用CCh和H2合成甲醇時(shí)主要涉及以下反應(yīng)：

I：CO2(g)+3H2(g)^-CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-58kJ/mol

II：CO2(g)+H2(g))-<O(g)+H2O(g)AH2=+41kJ/mol

向含有催化劑的密閉容器中充入一定比例CO2和H2混合氣體，其他條件一

定，反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得CO2的轉(zhuǎn)化率和CH30H的選擇性燈岑黑X100%與

_〃反應(yīng)_

溫度的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()

20

%

%8o、

15起

、

翱

1黯

706o

▼姒

螂H

54oO

d'0X

02OO

2

23025070

溫度汽

A.反應(yīng)CO(g)+2H2(g)--CH30H(g)的AH=+99kJ/mol

B.250℃時(shí)容器中CH3OH的物質(zhì)的量多于210。。時(shí)容器中

C.250c時(shí)，其他條件一定，增大反應(yīng)的壓強(qiáng)不會(huì)改變混合氣中CO的體積

分?jǐn)?shù)

D.研發(fā)高溫下催化活性強(qiáng)、對(duì)CH30H的選擇性高的催化劑有利于CH30H

的合成

5.(2021.常州重點(diǎn)中學(xué)期中)CO2催化加氫合成甲醇是重要的碳捕獲利用與封

存技術(shù)，該過程主要發(fā)生下列反應(yīng)：

①CO2(g)+3H2(g)===CH30H(g)+H2O(g)AH=—49.5kJ/mol

②CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)AH=+41.2kJ/mol

在0.5MPa條件下，將“(CO2):〃(H2)為1：3的混合氣體以一定流速通過裝

有催化劑的反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)測(cè)得CO2的轉(zhuǎn)化率、CH30H的選擇性

“生成(CH3OH)

X100%與溫度的關(guān)系如圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是()

“總轉(zhuǎn)化(CO2)

100

%8o20

@%

、

靴

6o15修

煙3

在

1哪

H4o0￡

O56

X0

O2O

200240280320360400

溫度/t

A.反應(yīng)②繼續(xù)加氫生成甲醇的熱化學(xué)方程式可表示為CO(g)+

2H2(g)===CH30H(g)AH=-90.7kJ/mol

B.其他條件不變，增大起始〃(CO2)：〃(H2)的比值，可提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化

率

C.其他條件不變，在280?400℃間，產(chǎn)物中”(CH3OH)隨溫度的升高先增大

后減小

D.為高效生產(chǎn)CH3OH,需研發(fā)低溫下CO2轉(zhuǎn)化率高和CH30H選擇性高的

催化劑

6.(2021.靖中、丹中、泳中聯(lián)考)CO2催化加氫合成二甲醴是一種CCh轉(zhuǎn)化方

法，其過程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：

反應(yīng)I：CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)AH=+41.2kJ/mol

反應(yīng)II：2CO2(g)+6H2(g)===CH3OCH3(g)+3H2O(g)AH=-122.5kJ/mol

10o

8o

6o

4o

2o

200240280320360

溫度/t

在恒壓、C02和H2的起始量一定的條件下，C02平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)

CH30cH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中：CH30cH3的選擇性=

2XCH30cH3物質(zhì)的量

X100%o下列說法正確的是()

反應(yīng)的C02的物質(zhì)的量

A.其他條件不變，升高溫度，C02的轉(zhuǎn)化率一定隨著溫度升高而降低

B.曲線b表示平衡時(shí)CH30cH3的選擇性隨溫度的變化情況

C.其他條件不變，增加氫氣的投入量，一定能提高CH30cH3的產(chǎn)率

D.220℃時(shí)，在催化劑作用下，C02與H2反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得CH30cH3

的選擇性為48%(圖中x點(diǎn))，使用對(duì)反應(yīng)n催化活性更高的催化劑，可提高

CH30cH3的選擇性

7.(2022.海門中學(xué))我國(guó)力爭(zhēng)于2030年前做到碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

資源化利用碳氧化合物能有效減少CO2排放，實(shí)現(xiàn)自然界中的碳循環(huán)。

(1)以CO2、C2H6為原料合成C2H4涉及的主要反應(yīng)如下：

I.CO2(g)+C2H6(g)=C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)AH=+177kJ/mol(主反

應(yīng))

n.C2H6(g)===CH4(g)+H2(g)+C(s)AH=+9kJ/mol(副反應(yīng))

反應(yīng)I的反應(yīng)歷程可分為如下兩步：

I.C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)AH1

ii.H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g)AH2=+41kJ/mol

①M(fèi)il=o

②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)對(duì)反應(yīng)I速率影響更大，原因是

③0.1MPa時(shí)，向一恒容密閉容器中充入物質(zhì)的量之比為2：1的CO2(g)和

C2H6(g),反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖1所示。在800℃,C2H4(g)的選擇

[n[CH(g)]

24X100%為

[〃反應(yīng)[C2H6(g才

0o

8o-?-C2H?轉(zhuǎn)化率(800,75)

%

/

新6o-CO,轉(zhuǎn)化率/L

7

〉4o

哪2O

(800,30)

720740760780800820

反應(yīng)溫度/t

圖1

(2)CO2可制甲烷化，CO2可制甲烷化過程中，CO2活化的可能途徑如圖2所

示。CO是CO2活化的優(yōu)勢(shì)中間體，可能的原因是

0.55

0-04

CO/+2H*\HCOO*+H*

\-0.82

CO*+O*+2H*

反應(yīng)進(jìn)程

(3)CO2可用CaO吸收，發(fā)生反應(yīng)：CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)o在不同溫

度下，達(dá)到平衡時(shí)體系中CO2的物質(zhì)的量濃度與溫度的關(guān)系如圖3所示。900℃

下的c(CO2)遠(yuǎn)大于800℃下的c(CO2),其原因是

8.(2022.海門檢測(cè))開發(fā)CO2催化加氫合成二甲醴技術(shù)是有效利用CO2資源,

實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重要途徑。

CO2催化加氫直接合成二甲醴：

2co2(g)+6H2(g)^^CH30cH3(g)+3H20(g)AH=-122.54kJ/mol

副反應(yīng)：CO2(g)+H2(g)^^CO(g)+H2O(g)AH=+41.2kJ/mol

其他條件相同時(shí)，反應(yīng)溫度對(duì)CO?平衡總轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)2.5h的C02實(shí)際總

轉(zhuǎn)化率影響如圖1所示;反應(yīng)溫度對(duì)二甲醴的平衡選擇性及反應(yīng)2.5h的二甲醴實(shí)

際選擇性影響如圖2所

生成二甲醛的C02物質(zhì)的量

已知：CH30cH3的選擇性=X100%

反應(yīng)共消耗C02物質(zhì)的量

%

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3

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(1)圖1中，溫度高于290℃,CO2平衡總轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因

分匕日

可目匕

(2)圖2中，在240?300℃范圍內(nèi)，相同溫度下，二甲醴的實(shí)際選擇性高于

其平衡值，從化學(xué)反應(yīng)速率的角度解釋原因：

微主題6化學(xué)平衡圖像分析

1.D【解析】由圖可知，催化劑組成不同，CH30cH3選擇性不同，選擇

合適的催化劑能提高CH30cH3的產(chǎn)率，A正確；反應(yīng)①為氣體體積減小的反應(yīng),

壓縮體積能使反應(yīng)①平衡右移，增大二甲醴的產(chǎn)率，B正確；黑^=2時(shí)，C0

轉(zhuǎn)化率為72%,二甲醴產(chǎn)率=二甲醴選擇性XCO轉(zhuǎn)化率=90%X72%=64.8%,

C正確；曙&咸小時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率和CH30cH3的選擇性均減小，CH30H的產(chǎn)率

〃(Cu)

減小，D錯(cuò)誤。

2.C【解析】反應(yīng)I為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，A錯(cuò)誤；由

圖可知，553K下，甲醇的總轉(zhuǎn)化率為20.0%、甲酸甲酯的選擇性為50.0%,由公

式可知，甲酸甲酯的物質(zhì)的重為-------------------=0.05mol,B錯(cuò)誤；由

蓋斯定律可知，反應(yīng)nX2一反應(yīng)I=反應(yīng)ni,貝ij反應(yīng)ni：HcoocH3(g)2co?

+2H2(g)AH3=2AH2-AH1=(+106.0kJ/mol)X2-(+135.4kJ/mol)=+76.6

kJ/mol,C正確；由圖可知，溫度超過553K后，甲酸甲酯的選擇性降低，出口

處甲酸甲酯的量減小，D錯(cuò)誤。

3.D【解析】根據(jù)圖示可知，溫度升高，CO的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，

說明升高溫度，平衡正向移動(dòng)，因此正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，AH2>0,A正確；在密

閉容器中，控制總壓強(qiáng)為0.1MPa,湍^=4,反應(yīng)I中CO2、H2按系數(shù)比1：4

消耗，根據(jù)圖示可知，溫度升高CH4的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，說明升高溫度平

衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；而反應(yīng)n中CO2、H?按系數(shù)比1：1

消耗，反應(yīng)n的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致溫度高時(shí)反

應(yīng)n占主導(dǎo)地位，結(jié)合方程式中物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最大,

故曲線b表示平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化，B正確；在相同外界條件

下不同的催化劑對(duì)不同化學(xué)反應(yīng)的催化效率不同，因此選用合適的催化劑可提高

生成CH4的選擇性，C正確；根據(jù)圖示可知，在總壓強(qiáng)為O.IMPa,湍^=4時(shí),

600?800℃范圍內(nèi)，CO的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)比CH4的大，說明在該溫度范圍內(nèi)反

應(yīng)n占主導(dǎo)，D錯(cuò)誤。

4.B【解析】根據(jù)蓋斯定律可知，CO(g)+2H2(g)=^CH30H(g)的AH=一

58kJ/mol—41kJ/mol=-99kJ/mol,A錯(cuò)誤；由圖中數(shù)據(jù)和選擇性公式計(jì)算可知，

250℃時(shí)容器中CH30H的物質(zhì)的量多于210℃時(shí)容器中，B正確；250℃時(shí)，其

他條件一定，增大反應(yīng)的壓強(qiáng)，第一個(gè)反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，混合氣中CO的體積

分?jǐn)?shù)會(huì)變化，C錯(cuò)誤；由圖可知，應(yīng)研發(fā)低溫下對(duì)CH30H的選擇性高、低溫下

催化活性強(qiáng)的催化劑有利于CHsOH的合成，D錯(cuò)誤。

5.B【解析】根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)①一反應(yīng)②即得CO(g)+

2H2(g)===CH30H(g)AH=-90.7kJ/mol,A正確；其他條件不變，增大起始

n(CO2):〃(H2)的比值，可提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，但CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低，B

錯(cuò)誤；假設(shè)參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量是1mol,根據(jù)圖像可知，280c時(shí)

生成甲醇的物質(zhì)的量是0.94X0.03mol=0.0282mol,同理320℃時(shí)生成甲醇是

0.92X0.1mol=0.092mol,360℃時(shí)生成甲醇是0.15X0.48mol=0.072mol,400℃

時(shí)，生成甲醇是0.04X0.17mol=0.0068mol,即其他條件不變，在280?400℃

間，產(chǎn)物中”(CH3OH)隨溫度的升高先增大后減小，C正確；根據(jù)圖像以及結(jié)合反

應(yīng)①是放熱反應(yīng)可知，為高效生產(chǎn)CH3OH,需研發(fā)低溫下CO2轉(zhuǎn)化率高和CH30H

選擇性高的催化劑，D正確。

6.D【解析】升高溫度，反應(yīng)I平衡右移，CO2轉(zhuǎn)化率升高，反應(yīng)n平衡

逆移，CO2轉(zhuǎn)化率降低，升溫CO2轉(zhuǎn)化率不一定上升，A錯(cuò)誤；CH30cH3是反應(yīng)

n產(chǎn)物，故其產(chǎn)量應(yīng)隨溫度上升逐漸減少，所以曲線a為CH30cH3選擇性對(duì)應(yīng)

圖像曲線，曲線b是CO2轉(zhuǎn)化率曲線，B錯(cuò)誤；其他條件不變，只增加H?投入

量，理論上兩個(gè)反應(yīng)平衡都應(yīng)正移，都有H2。生成，故對(duì)于反應(yīng)n來說，反應(yīng)I

生成的H20會(huì)抑制反應(yīng)n的正向移動(dòng)，且不同溫度下反應(yīng)I產(chǎn)生的H20的量不

同，對(duì)反應(yīng)n的影響程度不同，所以CH30cH3產(chǎn)率不一定增加，C錯(cuò)誤；X點(diǎn)未

在曲線a上，此時(shí)未達(dá)到平衡狀態(tài)，可以通過更換催化活性更高的催化劑，提高

CH30cH3選擇性，使其達(dá)到相應(yīng)溫度下的曲線a上的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的選擇性值，D正

確。

7.(1)①+136kJ/mol②反應(yīng)ii速率較慢C舌化能