2020年高考化学微专题陌生平衡图像的精准分析

04 陌生平衡图像的精准分析[内容框架][增分攻略]通过图像图表描述试题信息是高考化学常用的考查方式，速率、平衡图像逐渐打破传统的图像模式，反应体系不再局限于气体间的反应，开始增加溶液中反应的图像。

横纵坐标也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率等常见的物理量，开始引入更多的变量，如物质的量之比、气体分压的负对数等来增加新颖度、陌生度，属于高区分度试题。

1．首先明确横纵坐标的含义2．在上述基础上分析出图像中起点、终点、拐点的意义，这些往往代表一个反应阶段的结束或条件的改变。

分清直线(水平段居多)、曲线的变化(上升、下降、平缓、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线，要分段分析，找出各段曲线的变化趋势及其含义，每一段可能发生了不同的反应。

3．当有两个条件因素对一个事件的影响相反时，事件的最终发展方向由影响大的因素决定。

但两个条件的影响程度可能会发生转变，此时事件的发展方向会发生转折。

4. 平衡图像题的解题模板[抢分专练]考点1 根据图像选择合适条件或分析原因1. (2020湖南六校联考)“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产方法，但生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。

主反应：3C 4H 8−−→−催化剂4C 3H 6；副反应：C 4H 8−−→−催化剂2C 2H 4。

测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w )随温度(t )和压强(p )变化的趋势分别如图1和图2所示。

图1 图2 (1)平衡体系中的丙烯和乙烯的质量比是工业生产丙烯时选择反应条件的重要指标之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，从图1和图2中表现的趋势来看，下列反应条件最适宜的是________(填字母序号)。

A ．300℃ 0.1 MPaB ．700℃ 0.1 MPaC ．300℃ 0.5 MPaD ．700℃ 0.5 MPa(2)有研究者结合图1数据并综合考虑各种因素，认为450℃的反应温度比300℃或700℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是_______________________________________________________。

(3)图2中，随压强增大平衡体系中丙烯的质量分数呈上升趋势，从平衡角度解释其原因是_________________________________________________________________________________。

【答案】(1)C(2)450℃比300℃的反应速率快，比700℃的副反应程度小；该温度下丁烯转化成丙烯的转化率高；该温度下催化剂的选择性最高；该温度是催化剂的活性温度(合理即可)(3)压强增大，生成乙烯的副反应平衡逆向移动，丁烯浓度增大，导致主反应的平衡正向移动，从而使丙烯含量增大【解析】(1)由题图1可知，300℃时，乙烯的质量分数最低，虽然丙烯的质量分数不是最高，但丙烯与乙烯的质量比最大。

由题图2可知，当压强为0.5 MPa 时，乙烯的质量分数最低，丙烯的质量分数最高，则丙烯与乙烯的质量比最大。

故最适宜的条件为300℃、0.5 MPa 。

（2）从图像分析认为450 oC 的反应温度更合适的理由可能是450 oC比300 oC的反应速率快；比700 oC的副反应程度小；丁烯转化成丙烯的转化率高；该温度下催化剂的选择性最高；该温度是催化剂的活性温度等。

（3）图2中，随压强增大平衡体系中丙烯的百分含量呈上升趋势，从平衡角度解释其原因是压强增大，生成乙烯的副反应平衡逆向移动，丁烯浓度增大，导致主反应的平衡正向移动，丙烯含量增大。

2.(2020广东七校联合体第一次联考)氨催化分解既可防治氨气污染，又能得到氢能源。

(1)已知：①反应Ⅰ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－1266.6 kJ·mol－1②H2的燃烧热ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1③水汽化时ΔH3＝＋44.0 kJ·mol－1反应Ⅰ热力学趋势很大(平衡常数很大)的原因为____________________________；(2)在Co－Al催化剂体系中，压强p0下氨气以一定流速通过反应器，得到不同催化剂下氨气转化率随温度变化曲线如图所示，活化能最小的催化剂为________，温度高时NH3的转化率接近平衡转化率的原因是_________________________________。

如果增大气体流速，则b点对应的点可能为________(填“a”、“c”、“d”、“e”或“f”)点。

【答案】(1)该反应为放热量很大的反应(2)90CoAl平衡转化率随温度升高而增大，此反应为吸热反应，温度升高，反应速率加快，转化率接近平衡转化率 e【解析】(1)反应Ⅰ是放热量很大的反应，产物的能量较低，故热力学趋势很大。

(2)从图1可看出，压强为p0、温度相同时，在催化剂90CoAl的作用下，NH3的转化率最高，故该催化剂的活化能最小。

相同条件下，增大气体流速，NH3的转化率降低，此时b点对应的转化率可能降至e点。

3.(2020福州质检)二甲醚(CH3OCH3)是一种新兴化工原料，具有甲基化反应性能。

Ⅰ.二甲醚的生产二甲醚的生产原理之一是利用甲醇脱水成二甲醚，化学方程式如下：反应ⅰ2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH1＝－23.8 kJ·mol－1(1)反应ⅰ中甲醇转化率、二甲醚选择性与不同催化剂的关系如表所示，生产时选择的最佳催化剂是________。

(2)选定催化剂后，测得平衡时反应ⅰ的甲醇转化率与温度的关系如图所示。

经研究产物的典型色谱图发现该过程主要存在的副反应为：反应ⅱ2CH3OH(g)C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－29.1 kJ·mol－1。

工业上生产二甲醚的温度通常在270～300℃，高于330℃，甲醇转化率下降，根据化学平衡移动原理分析原因是_____________；根据化学反应速率变化分析原因是______________________。

【答案】(1)GiSNL－108(2)①该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，甲醇转化率下降温度升高，催化剂失去活性，对二甲醚的选择性下降，甲醇转化率下降(或温度升高，催化剂失活，副反应增多)【解析】(1)GiSNL－108作催化剂时，甲醇转化率最高，二甲醚选择性较高，故其是最佳催化剂。

(2)该反应是放热反应，随温度升高，平衡逆向移动，从而使得温度高于330℃时甲醇转化率下降；从化学反应速率变化分析，温度一直升高，会导致催化剂失去活性，对二甲醚的选择性下降，从而使得温度高于330℃时甲醇转化率下降。

4.“低碳经济”已成为全世界科学家研究的重要课题。

为减小和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。

煤化工通常研究不同条件下CO转化率以解决实际问题。

已知在催化剂存在条件下反应：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)中CO的平衡转化率随p(H2O)/p(CO)及温度变化关系如图所示：①上述反应的正反应方向是________反应(填“吸热”或“放热”)。

②使用铁镁催化剂的实际工业流程中，一般采用400 ℃左右、p(H2O)/p(CO)＝3～5，采用此条件的原因可能是_____________________________________________。

【答案】①放热②催化剂的活性温度在400 ℃左右；投料比太低，CO的平衡转化率不高，而400 ℃左右，投料比3～5时CO的平衡转化率较高，已能满足要求，再增加投料比，成本增大，但CO的平衡转化率提高不多，经济上不合算【解析】①由图可知，在相同的p(H2O)/p(CO)时，温度越高，CO的转化率越低，即平衡逆向移动，说明正反应为放热反应；②由图象可知，投料比太低，CO的转化率不太高，而投料比3～5时转化率已经很高，再增加投料比，需要大大的增加蒸汽添加量，这样在经济上不合算，温度在400 ℃左右时催化剂的活性最大，所以一般采用400 ℃左右，p(H2O)/p(CO)＝3～5。

5.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BaSO 4＋4C=====高温BaS ＋4CO ，除此以外还可能有BaCO 3等副产物生成，通过改变温度以及煤粉的用量可降低副反应发生。

(1)依据如图1判断生成BaS 的反应是_________反应(填“放热”或“吸热”)；反应温度至少应控制在________以上。

(2)控制BaSO 4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n (C)/n (BaSO 4)至少为________(填字母)。

a ．1.5b ．2.0c ．3.75【答案】(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，应控制在600 ℃以上进行；(2)由图像可知加入C应减少副反应，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n(C)/n(BaSO4)至少为3.75。

6.醋酸成本低，在生产中被广泛应用。

(1)近年来化学家研究开发出用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作催化剂合成乙酸乙酯的新工艺，不必生产乙醇或乙醛做中间体，使产品成本降低，具有明显经济优势。

其合成的基本反应如下：CH2===CH2(g)＋CH3COOH(l) CH3COOC2H5(l)；该反应类型是________，为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，可以采取的措施有__________________(任写出一条)。

(2)在n(乙烯)与n(乙酸)物料比为1的条件下，某研究小组在保持不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度的变化的测定实验，实验结果如图所示。

回答下列问题：①温度在60～80 ℃范围内，乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是______________________[用v(P1)、v(P2)、v(P3)分别表示不同压强下的反应速率]。

②a、b、c三点乙烯的转化率从大到小顺序为________。

③P1下乙酸乙酯的产率60 ℃～90 ℃时，先升高后降低的原因是_________________________，根据测定实验结果分析，较适宜的生产条件是______________(合适的压强和温度)。

【答案】(1)加成反应通入乙烯气体或增大压强(2)①v(P1)>v(P2)>v(P3)②c>b>a③60 ℃～80 ℃反应从正方向开始，未达平衡，温度高反应速率大，乙酸乙酯产率高；80 ℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动，产率下降P1MPa、80 ℃【解析】(1)根据CH2===CH2(g)＋CH3COOH(l) CH3COOC2H5(l)，该反应为加成反应，为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，改变条件加快反应速率且平衡正向进行，可以增大反应物浓度或增大压强等。