2025年高考化学总复习配套课件(人教版)第46讲实际工业生产中图像问题分类突破

起始/mol 10 变化/mol 10×88% 平衡/mol 10×12%
24.4
0
1 2
×10×88%
10×88%
24.4－5×88% 10×88%
平衡时，混合气体总物质的量为[10×12%＋(24.4－5×88%)＋10×
88%＋70]
mol＝100
mol。达平衡时SO2的分压p(SO2)＝
10×12% 100
H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1，在1.0×105 Pa、n始
(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3时，若仅考虑上述反应，
平CO衡的时选C择O性2和＝COn生的成(选CnO择生2成)性＋(Cn及O生)成H(C2的O)产率×随10温0%度，的下变列化说如法图正所确示的。是
A．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
2．5 MPa下，将n(H2)∶n(CO2)＝3的混合气体以一定流
速通过装有催化剂的反应器，测得CO2的转化率、CH3OH
或CO的选择性[
n生成(CH3OH)或n生成(CO) n总转化(CO2)
×100%]以及
CH3OH的收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的
变化如图所示。下列说法正确的是
考向探究
1．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制备二 甲醚(DME)。 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
√C．其他条件不变时，温度越高，CO2主要还原产物中碳元素的价态越低 D．其他条件不变时，增大体系压强可以提高A点CH3OCH3的选择性
由盖斯定律可知，反应2CO(g)＋4H2(g)⥫⥬ CH3OCH3(g)＋H2O(g)可由Ⅱ－2×Ⅰ得到， 其焓变为ΔH2－2ΔH1，A正确；反应Ⅱ为放热 反应，升高温度平衡逆向移动，由题图可知随
应Ⅱ平衡正向移动，可以提高A点CH3OCH3的选择性，D正确。
2．CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程发生下列反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) ⥫⥬ CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－58.6 kJ·mol－1
反应 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬ CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1
n(消耗)或n(生成)/mol
反应温度/℃ 535
×105
Pa＝1 200 Pa。
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类型二
平衡常数—温度—选择性图像
返回
典题引领
典题1 (2022·江苏卷)乙醇-水催化重整可获得H2。其
主要反应为C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)
ΔH＝＋173.3 kJ·mol－1，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋
A．CO(g)＋2H2(g)⥫⥬ CH3OH(g) ΔH＝＋99.8 kJ·mol－1 B．曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化
√C．图中所示270 ℃时，对应CO2的转化率为21% D．在210～250 ℃之间，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致
将反应Ⅰ－反应Ⅱ得，CO(g)＋2H2(g) ⥫⥬ CH3OH(g) ΔH＝(－58.6－ 41.2) kJ·mol－1＝－99.8 kJ·mol－1，A错误；反应Ⅰ为放热反应，反应
着温度的升高，二氧化碳的平衡转化率下降速率
小于二甲醚的选择性下降速率，且高于300 ℃时二氧化碳的平衡转化率升高， 说明反应Ⅰ正向进行，正反应为吸热反应，ΔH1>0，B正确；由B分析可知， 其他条件不变时，温度越高，反应Ⅰ占据主导地位，CO2主要还原产物为 CO，CO中碳元素的价态较高，C错误；反应Ⅰ为气体分子数不变的反应， 反应Ⅱ为气体分子数减小的反应，其他条件不变时，增大体系压强，导致反
C3H8
6
C3H6
4
550 575
13
33
8
17
分析表中数据得到丙烯的选择性随温度的升高而_降__低___(填“不变”“升 高”或“降低”)；出现此结果的原因除生成乙烯等副产物外还可能是 _升__高__温__度__，__反__应__ⅰ__的__化__学__平__衡__逆__向__移__动____。 (C3H6 的选择性＝消C耗3CH36H的8物的物质的质的量量×100%)
可知，此时CO的选择性随温度的升高而增大，故 曲线③代表平衡时CO的选择性，曲线①代表平衡时CO2的选择性。A 项，曲线②代表H2的平衡产率随温度的变化，错误；B项，由图可知， 升醇高的温平度衡，转平化衡率时减C小O，的错选误择；性D增项大，，高正效确催；化C剂项能，加增快大反n(应Cn(2速HH25率OO)H，)但，乙不 改变平衡时H2的产率，错误。
典题2 (2023·湖南卷改编)在913 K、101 kPa下，以水蒸气成苯乙烯外[①C6H5C2H5(g)⥫⥬ C6H5CH ===CH2(g)＋H2(g)]，还会发生如下两个副反应： ②C6H5C2H5(g)⥫⥬ C6H6(g)＋CH2===CH2(g) ③C6H5C2H5(g)＋H2(g) ⥫⥬ C6H5CH3(g)＋CH4(g) 以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯
的选择性S(S＝
转化为目的产物所消耗乙苯的量 已转化的乙苯总量
×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示，
其中曲线b代表的产物是甲__苯__，理由是_主__反__应__生__成__的__氢__气__能__使__副__反__应__③___
的__平__衡__正__向__移__动__，__甲__苯__的__选__择__性__大_于__苯__的__选__择__性___。
生成苯乙烯的反应为主反应，则苯乙烯的选择性最高，主反应生成的 氢气能使副反应③的平衡正向移动，则甲苯的选择性大于苯的选择性， 故b代表的产物为甲苯。
考向探究
1．CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2资源化利用的方法，其过程中主要发生如下两 个反应： 反应 Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬ CO(g)＋H2O(g) ΔH1 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬ CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH2＝－122.5 kJ·mol－1 在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2的平衡转 化 已 下率 知 列和：说平C法H衡不3O时正C确CHH的3的3O是选CH择3的性选＝择2×反性C应随H的温3OC度COH的2的3的变物物化质质如的的图量量所×示1。00% A．反应2CO(g)＋4H2(g)⥫⥬ CH3OCH3(g)＋H2O(g)的焓变为ΔH2－2ΔH1 B．根据图像推测ΔH1>0
答案：
设起始时CH4、CO2分别为a mol、3a mol，根据图1，1 000 ℃时CH4转 化mo率l，为Δ1n0(C0%H4,)＝COa 2m转o化l×率10为0%60＝%a，m则ol，ΔnR(C＝OΔΔ2nn)＝((CC3OHa24))m＝o1l×.8。6根0%据＝题1图.81a， 随着温度升高，CH4的转化率先逐渐增大，后基本不变，CO2的转化率 逐渐增大，从题图1可知，CH4、CO2的转化率之差先增大(约600 ℃时 最大)后减小，最终比起始时大，则R先减小后增大，最终比起始时小。
第七章 化学反应速率与化学平衡
第46讲 实际工业生产中图像问题分类突破
课程标准
认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研 究中的重要作用。
内容索引
类型一 转化率—投料比图像 类型二 平衡常数—温度—选择性图像 类型三 选择最佳反应条件
课时测评
类型一
转化率—投料比图像
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典题引领
(1)图中m1、m2、m3的大小顺序为__m_1_>_m__2>__m_3_____。
Kp＝
p(SO3) 1
反应的化学平衡常数Kp表达式为______p_(S_O__2_)·_p_2_(_O_2_) __(用平衡分压代替平
衡浓度表示)。
在同温同压下，增加二氧化硫的量，会使原料气中SO2和O2的物质的量 之比m变大，m越大，SO2的平衡转化率越小。
思维建模
投料比与转化率之间的关系 以N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)为例，当N2与H2的投料比为1∶3(系数比)时， N2与H2的平衡转化率相等，且平衡时NH3的体积分数最大；增大N2与 H2 的 投 料 比 ， 则 α(H2) 增 大 ， α(N2) 减 小 ； 减 小 N2 与 H2 的 投 料 比 ， 则 α(H2)减小，α(N2)增大。
催化剂的关系如图所示。 则催化剂中 nn((MCun))约为__2_.0__时最有利于 二甲醚的合成。
由图可知当催化剂中nn((MCun))约为 2.0 时，CO 的转化率最大，二甲醚的产 率最大，生成的二甲醚最多。
2催．化将剂燃C煤H废3O气CH中3(的g)＋C O3H2 转2O化(g为)，二已甲知醚在的压反强应为原a
n(消耗)或n(生成)/mol
反应温度/℃ 535
C3H8
6
C3H6
4
550 575
13
33
8
17
根据表格数据可知各温度下 C3H6 的选择性分别为46、183、3137，46>183>1373， 所以随温度升高丙烯的选择性降低；反应ⅰ为放热反应，升高温度，反 应ⅰ的化学平衡逆向移动，也会导致丙烯的选择性下降；
典题 (2023·浙江1月选考节选)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之 一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，主要反应为： C已H知4(Cg)H＋4还CO原2(能g)力⥫⥬(R2)可CO衡(g量)＋CO2H2转2(g化) 效Δ率H，1＝R＋＝24ΔΔ7nnk((CCJ·OHm24))o(l同－1一。时段内CO2与CH4 的物质的量变化量之比)。常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，某一时 段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1，请在图2中画出400～1 000 ℃间R的 变化趋势，并标明1 000 ℃时R值。
理为2CO2(g)＋6H2(g) MPa下，该反应在不同
温度、不同投料比时，CO2的转化率见如图：
此反应为__放__热____(填“放热”或“吸热”)反应；若温度不变，提高投料 比[n(H2)/n(CO2)]，则K将__不__变____(填“增大”“减小”或“不变”)。
3．在保持体系总压为 105 Pa 的条件下进行反应： SO2(g)＋12O2(g) SO3(g)，原料气中 SO2 和 O2 的 物质的量之比 m[m＝nn((SOO22))]不同时，SO2 的平衡转 化率与温度(T)的关系如图所示：
√B．升高温度，平衡时CO的选择性增大
C．一定温度下，增大
n(C2H5OH) n(H2O)
可提高乙醇平衡转化率
D．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率
由CO的选择性计算公式可知，相同温度下，CO和 CO2的选择性之和为1，故图中曲线②代表平衡时 H2产率随温度的变化；由图可知，约330 ℃以后H2 的平衡产率随温度的升高而减小，结合题给方程式
回答下列问题：
(1)丙烷催化氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下： 2C3H8(g)＋O2(g) 催化剂 2C3H6(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－236 kJ·mol－1(ⅰ) 反应过程中消耗的C3H8和 生成的C3H6 的物质的量随温度的变化关系见 下表。
n(消耗)或n(生成)/mol
反应温度/℃ 535
Ⅱ为吸热反应，升高温度CO的选择性升高，曲线a代表CO的选择性随
温度的变化，B错误；图中所示270 ℃时，CO的选择性为70%，则甲醇 的选择性为30%，故CO2的转化率为 63.03%%＝21%，C正确。
3．丙烯是制造一次性医用口罩的重要原料。丙烷催化脱氢法是工业生产
丙烯的重要途径，丙烷催化脱氢技术主要分为氧化脱氢和直接脱氢两种。
(2)图中A点原料气的成分：n(SO2)＝10 mol，n(O2)＝24.4 mol，n(N2)＝70 mol，达平衡时SO2的分压p(SO2)为_1__2_0_0_ Pa(分压＝总压×物质的量分数)。
A点二氧化硫的平衡转化率为88%，可列三段式： SO2(g) ＋ 12O2(g) ⥫⥬ SO3(g)