微專題 4 陌生平衡圖像的理解與分析 近三年全國(guó)卷考情 年份 題號(hào) 考查點(diǎn) 2016年全國(guó) 27 濃度 濃度 2016年全國(guó) 27 溫度 產(chǎn)率n 氨 n 丙烯 產(chǎn)率 2016年全國(guó) 27 T lg pe Pa 2017年全國(guó) 27 時(shí)間 浸出率 2017年全國(guó) 27 溫度 平衡轉(zhuǎn)化率 n H2 n 丁烷 丁烯產(chǎn)率 溫度 產(chǎn)率 27 溫度 溶解度2017年全國(guó) 28 時(shí)間 濃度 2018年全國(guó) 27 溫度 積碳量時(shí)間 積碳量 2018年全國(guó) 28 時(shí)間 轉(zhuǎn)化率 從近三年 卷對(duì)圖像的考查看 體現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 穩(wěn)定 幾乎是每年都會(huì)出現(xiàn) 特別是溫度 時(shí)間 產(chǎn)率 轉(zhuǎn)化率 出現(xiàn)頻率比較高 雖然 2018年的 卷中沒(méi)出現(xiàn)圖像 但在 28題中給出了分壓與時(shí)間的表格 其難度也比較大 2 創(chuàng)新 除了常見(jiàn)的圖像 2016 年的 n 氨 n 丙烯 產(chǎn)率 2017 年的 n H2 n 丁烷 丁 烯產(chǎn)率 2018 年的溫度 積碳量 時(shí)間 積碳量 每年都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的坐標(biāo)物理量 所以 掌握?qǐng)D像的數(shù)學(xué)意義 冷靜分析圖像蘊(yùn)藏的化學(xué) 物理過(guò)程 才可遇變不驚 妥善應(yīng)答 通過(guò)圖像圖表描述試題信息是高考化學(xué)常用的考查方式 在 卷中的速率 平衡圖像開(kāi)始逐 漸打破傳統(tǒng)的圖像模式 反應(yīng)體系不再局限于氣體間的反應(yīng) 開(kāi)始增加溶液中反應(yīng)的圖像 橫縱坐標(biāo)也不再局限于時(shí)間 溫度 壓強(qiáng) 速率 轉(zhuǎn)化率等常見(jiàn)的物理量 開(kāi)始引入更多的 變量 如物質(zhì)的量之比 氣體分壓的負(fù)對(duì)數(shù)等來(lái)增加新穎度 陌生度 屬于高區(qū)分度試題 這類試題對(duì)考生的數(shù)理邏輯思維判斷有較高的要求 但任何圖像都是函數(shù)關(guān)系的形象化表 達(dá) 不管圖像的形式多么怪異復(fù)雜 最終所表達(dá)的還是兩個(gè)變量的關(guān)系 1 首先明確橫縱坐標(biāo)的含義 2 在上述基礎(chǔ)上分析出圖像中起點(diǎn) 終點(diǎn) 拐點(diǎn)的意義 這些往往代表一個(gè)反應(yīng)階段的結(jié)束 或條件的改變 分清直線 水平段居多 曲線的變化 上升 下降 平緩 轉(zhuǎn)折等 同時(shí)對(duì) 走勢(shì)有轉(zhuǎn)折變化的曲線 要分段分析 找出各段曲線的變化趨勢(shì)及其含義 每一段可能發(fā)生了 不同的反應(yīng) 3 當(dāng)有兩個(gè)條件因素對(duì)一個(gè)事件的影響相反時(shí) 事件的最終發(fā)展方向由影響大的因素決定 但兩個(gè)條件的影響程度可能會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變 此時(shí)事件的發(fā)展方向會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)折 例題 2017 全國(guó) 卷 27 丁烯是一種重要的化工原料 可由丁烷催化脫氫制備 回答 下列問(wèn)題 1 正丁烷 C 4H10 脫氫制 1 丁烯 C 4H8 的熱化學(xué)方程式如下 C 4H10 g C4H8 g H2 g H 1 已知 C 4H10 g O2 g C4H8 g H2O g H 2 119 kJ mol 1 12 H 2 g O2 g H2O g 12 H 3 242 kJ mol 1 反應(yīng) 的 H 1為 kJ mol 1 圖 a 是反應(yīng) 平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系 圖 x 0 1 填 大于 或 小于 欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高 應(yīng)采取的措施是 填標(biāo)號(hào) A 升高溫度 B 降低溫度 C 增大壓強(qiáng) D 降低壓強(qiáng) 2 丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過(guò)填充有催化劑的反應(yīng)器 氫氣的作用是活化催化 劑 出口氣中含有丁烯 丁烷 氫氣等 圖 b 為丁烯產(chǎn)率與進(jìn)料氣中 n 氫氣 n 丁烷 的 關(guān)系 圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì) 其降低的原因是 3 圖 c 為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線 副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合 物 丁烯產(chǎn)率在 590 之前隨溫度升高而增大的原因可能是 590 之后 丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是 思路點(diǎn)撥 1 觀察反應(yīng)特點(diǎn) 氣體體積增大 吸熱反應(yīng) 2 觀察圖 a 特點(diǎn) 同一溫度下 x MPa下平衡轉(zhuǎn)化率更高 利于正反應(yīng) x MPa 是低壓 3 圖 b 橫坐標(biāo)的意義 氫氣與丁烷的物質(zhì)的量之比 觀察反應(yīng)特點(diǎn)考慮氫氣對(duì)反應(yīng)的影響 4 注意到丁烯產(chǎn)率的降低伴隨著副產(chǎn)物的增加 分析此兩者的關(guān)系 解析 1 反應(yīng) 則 H 1 H 2 H 3 119 kJ mol 1 242 kJ mol 1 123 kJ mol 1 反應(yīng) 是分子數(shù)增大的反應(yīng) 隨壓強(qiáng)的增大 平衡逆向移動(dòng) 平衡轉(zhuǎn)化率降低 所以 x小于 0 1 因正向反應(yīng)是一個(gè)分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng) 所以產(chǎn)率提高采取的措施是 A D 2 因?yàn)榉磻?yīng) 中生成 H2 所以隨著 n 氫氣 n 丁烷 增大 逆反應(yīng)速率增大 丁烯的產(chǎn)率降 低 3 反應(yīng)正向?yàn)槲鼰岱磻?yīng) 所以 590 前升高溫度 平衡正向移動(dòng) 而升高溫度時(shí) 反應(yīng)速率 加快 單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生丁烯更多 590 以后 高溫使丁烯裂解生成短碳鏈烴類 故丁烯產(chǎn)率 降低 答案 1 123 小于 AD 2 氫氣是產(chǎn)物之一 隨著 n 氫氣 n 丁烷 增大 逆反應(yīng)速率增大 3 升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行 溫度升高反應(yīng)速率加快 丁烯高溫裂解生成短鏈 烴類 1 2016 全國(guó) 卷 27 丙烯腈 是一種重要的化工原料 工業(yè)上可用 丙烯氨 氧化法 生產(chǎn) 主要副產(chǎn)物有丙烯醛 和乙腈 CH 3CN 等 回答下列問(wèn)題 1 以丙烯 氨 氧氣為原料 在催化劑存在下生成丙烯腈 C 3H3N 和副產(chǎn)物丙烯醛 C 3H4O 的 熱化學(xué)方程式如下 C 3H6 g NH3 g O2 g C3H3N g 3H2O g 32 H 515 kJ mol 1 C 3H6 g O2 g C3H4O g H2O g H 353 kJ mol 1 兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大 其原因是 有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是 提高 丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是 2 圖 a 為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線 最高產(chǎn)率對(duì)應(yīng)的溫度為 460 低于 460 時(shí) 丙烯腈的產(chǎn)率 填 是 或 不是 對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率 判斷理由是 高于 460 時(shí) 丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是 雙選 填標(biāo)號(hào) A 催化劑活性降低 B 平衡常數(shù)變大 C 副反應(yīng)增多 D 反應(yīng)活化能增大 3 丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與 n 氨 n 丙烯 的關(guān)系如圖 b 所示 由圖可知 最佳 n 氨 n 丙烯 約為 理由是 進(jìn)料氣氨 空氣 丙烯的理論體積比約為 解析 1 由熱化學(xué)方程式可知 反應(yīng) 氣體分子數(shù)增加 是一個(gè)熵增的放熱反應(yīng) 反應(yīng) 氣體 分子數(shù)不變 是一個(gè)熵變化不大的放熱量較大的反應(yīng) 在熱力學(xué)上都屬于自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng) 由于反應(yīng) 是一個(gè)氣體分子數(shù)增加的放熱反應(yīng) 降溫 減壓均有利于提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率 有機(jī)反應(yīng)中要提高某反應(yīng)的選擇性 關(guān)鍵是選擇合適的催化劑 2 因生產(chǎn)丙烯腈的反應(yīng)為 放熱反應(yīng) 隨反應(yīng)溫度的升高 丙烯腈產(chǎn)率應(yīng)隨之降低 故低于 460 時(shí) 丙烯腈的產(chǎn)率不是 對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率 高于 460 時(shí) 丙烯腈產(chǎn)率降低有可能是催化劑活性降低 也有可 能是副反應(yīng)增多造成的 隨著溫度的升高 平衡左移 平衡常數(shù)應(yīng)減小 反應(yīng)活化能的高低與 生成物產(chǎn)率無(wú)關(guān) 3 在 n 氨 n 丙烯 約為 1時(shí) 丙烯腈的產(chǎn)率最高 副產(chǎn)物丙烯醛的產(chǎn)率 最低 故該比例應(yīng)是最佳比例 理論上設(shè) n 氨 n 丙烯 1 mol時(shí) 此時(shí)需要的氧氣為 1 5 mol 又空氣中氧氣的量約占 20 故進(jìn)料氣氨 空氣 丙烯的理論體積比約為 1 7 5 1 答案 1 兩個(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng) 降低溫度 降低壓強(qiáng) 催化劑 2 不是 該反應(yīng) 為放熱反應(yīng) 平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低 AC 3 1 該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高 而副產(chǎn) 物丙烯醛產(chǎn)率最低 1 7 5 1 2 2018 廣東佛山質(zhì)檢 開(kāi)發(fā)新能源是解決環(huán)境污染的重要舉措 工業(yè)上常用 CH4與 CO2反 應(yīng)制備 H2和 CO 再用 H2和 CO合成甲醇 在恒容密閉容器中通入 CH4與 CO2 使其物質(zhì)的量濃度均為 1 0 mol L 1 在一定條件下發(fā)生 反應(yīng) CO 2 g CH4 g 2CO g 2H2 g 測(cè)得 CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所 示 則 1 該反應(yīng)的 H 填 0 2 壓強(qiáng) p1 p 2 p 3 p 4由大到小的關(guān)系為 壓強(qiáng)為 p4時(shí) 在 b點(diǎn) v 正 填 v 逆 3 對(duì)于氣相反應(yīng) 用某組分 B 的平衡壓強(qiáng) p B 代替物質(zhì)的量濃度 c B 也可表示平衡常數(shù) 記作 Kp 則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式 Kp 如果 p4 0 36 MPa 求 a點(diǎn)的平衡常數(shù) Kp 保留 3位有效數(shù)字 用平衡分壓代替平 衡濃度計(jì)算 分壓 總壓 物質(zhì)的量分?jǐn)?shù) 4 為探究速率與濃度的關(guān)系 該實(shí)驗(yàn)中 根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 粗略繪制出了 2條速率 濃度 關(guān)系曲線 v 正 c CH4 和 v 逆 c CO 則 與曲線 v 正 c CH4 相對(duì)應(yīng)的是上圖中曲線 填 甲 或 乙 當(dāng)降低到某一溫度時(shí) 反應(yīng)重新達(dá)到平衡 相應(yīng)的平衡點(diǎn)分別為 填字母 解析 1 根據(jù)圖示 壓強(qiáng)不變時(shí) 升高溫度 CH 4的平衡轉(zhuǎn)化率增大 說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移 動(dòng) 根據(jù)升溫時(shí) 平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)可知 正反應(yīng)為吸熱反應(yīng) H 0 2 該反應(yīng)的正 反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng) 溫度不變時(shí) 降低壓強(qiáng) 平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) CH 4的平衡轉(zhuǎn) 化率增大 故 p4 p3 p2 p1 壓強(qiáng)為 p4時(shí) b 點(diǎn)未達(dá)到平衡 反應(yīng)正向進(jìn)行 故 v 正 v 逆 3 由用平衡濃度表示的平衡常數(shù)類推可知 用平衡壓強(qiáng)表示的平衡常數(shù) K p 4時(shí) a點(diǎn) CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為 80 則平衡時(shí) c CH4 c CO2 0 2 2 2 2 2 4 mol L 1 c CO c H2 1 6 mol L 1 則 p CH 4 p CO2 p4 p4 p CO 0 20 2 2 1 6 2118 p H2 p4 p4 故 K 1 64 1 60 2 2 1 6 2818 818 4 2 818 4 2 118 4 118 4 84 24182 4 CH 4的濃度由 1 0 mol L 1逐漸減小 而 CO的濃度由 0逐漸增加 故 v 正 c CH4 相對(duì) 應(yīng)的曲線為乙 降低溫度 正 逆反應(yīng)速率均減小 平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) 則 CH4的濃度 增大 而 CO的濃度減小 故相應(yīng)的平衡點(diǎn)分別為 B F 答案 1 2 p 4 p3 p2 p1 3 1 64 2 2 2 2 4 4 乙 B F