2020届高三化学二轮复习化学反应原理综合题的研究读懂图像精准判断速率平衡对实际生产的调控作用核心突

《高考12题逐题突破》：化学反应原理综合题的研究读懂图像——精准判断速率、平衡对实际生产的调控作用【核心突破】一、图像题的审题要领1．看题干，明方向：看清题目要求，在题干中圈出关键词，明确是速率问题还是平衡移动问题，分清楚是“恒温恒压”还是“恒温恒容”，或其他限制条件。2．识图表，“面、点、线”识图是解题的基础，①面即坐标系，明晰横、纵坐标所表示的化学含义，这是理解题意和进行正确思维的前提。明晰坐标含义，也就是用变量的观点分析坐标，找出横、纵坐标的关系，再结合教材，联系相应的知识点。②找点：找出曲线中的特殊点(起点、顶点、拐点、终点、交叉点、平衡点等)，分析这些点所表示的化学意义以及影响这些点的主要因素及限制因素等，大多考题就落在这些点的含义分析上，因为这些点往往隐含着某些限制条件或某些特殊的化学含义。③析线：正确分析曲线的走向、变化趋势(上升、下降、平缓、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线，要分区段进行分析，研究找出各段曲线的变化趋势及其含义。【经典例题】1．涉及温度、压强对平衡影响类简答题答题要领：叙特点(反应特点或容器特点)→变条件→定方向→得结论(或结果)例1在密闭容器中充入一定量H2S，发生反应2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)ΔH＝＋169.8kJ·mol－1。下图为H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系。(1)图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为________，理由是____________________。(2)该反应平衡常数大小：K(T1)________(填“”“”或“＝”)K(T2)，理由是________________________________________________________________________。(3)如果要进一步提高H2S的平衡转化率，除改变温度、压强外，还可以采取的措施有________________。[解题思路]答案(1)p1p2p3该反应的正反应是气体分子数增大的反应，其他条件不变时，减小压强使平衡正向移动，H2S的平衡转化率增大，由图像上看，相同温度，p1条件下H2S的平衡转化率最大，p3条件下H2S的平衡转化率最小(2)该反应正向是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大(3)及时分离出产物2．图像中转化率变化分析答题要领：转化率问题首先看是否是平衡转化率，若为非平衡状态的转化率，则侧重分析温度、压强、浓度对反应快慢、催化剂对反应快慢及选择性(主副反应)的影响；若为平衡转化率，则侧重分析温度、压强、浓度对化学平衡的影响，有时也涉及温度对催化活性的影响。例2丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)ΔH＝＋123kJ·mol－1回答下列问题：(1)图(a)是该反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是________________________________________________________________________________________________。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是__________________________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是________________________________。[审题要领]抓关键词，第(1)问：“平衡产率”。第(2)问：“产率”，“氢气的作用”。第(3)问：“副产物”产生的原因。答案(1)小于AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行升高温度时，反应速率加快丁烯高温裂解生成短碳链烃类解析(1)由图(a)可以看出，温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x0.1。由于反应为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确，B错误；反应正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误，D正确。(2)反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n(氢气)/n(丁烷)较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯产率升高；随着进料气中n(氢气)/n(丁烷)增大，原料中过量的H2会使反应平衡逆向移动，所以丁烯产率下降。(3)590℃之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会更多，同时由于反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590℃时，丁烯高温会裂解生成短碳链烃类，使产率降低。3．依据图像，优选生产条件[解题模型]要从以下几个层面依次分析其中的“物理量”：有几种→含义→变化趋势→有什么关系例3已知：生物脱H2S的原理：H2S＋Fe2(SO4)3===S↓＋2FeSO4＋H2SO44FeSO4＋O2＋2H2SO4=====硫杆菌2Fe2(SO4)3＋2H2O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____________________________________________________________________________________________________________。答案30℃、pH＝2.0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pH＝2.0左右时，Fe2＋氧化速率最快。由此可推断使用硫杆菌的最佳条件为温度为30℃、混合液的pH＝2.0。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。【提升训练答案+解析】1．已知H2S高温热分解制H2的反应如下：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)。在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S的分解实验。以H2S的起始浓度均为cmol·L－1测定H2S的转化率，结果如图所示。图中曲线a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，曲线b表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：_______________。答案温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短，故曲线b向曲线a靠近解析弄清两条曲线表示的含义，温度低时，H2S转化率相差较大，温度高时，H2S转化率几乎相等，说明温度高时，在该段时间里已经达到平衡。2．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：催化剂＋H2(g)ΔH＝＋124kJ·mol－1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1∶9)，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：(1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：_____________________。(2)控制反应温度为600℃的理由是___________________________________________。答案(1)正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果(2)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3．已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为：2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)ΔH0。(1)图1、图2分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系，已知m为起始时的投料比，即m＝nH2nCO2。①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为____________________，判断依据是________________________________________________________________________。②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为____________，判断依据是_______________。(2)图3表示在总压为5MPa的恒压条件下，且m＝3时，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系。则曲线d代表的物质为____________(填化学式)，T4温度时，该反应的平衡常数Kp＝________(提示：用平衡分压代替平衡浓度来计算，某组分平衡分压＝总压×该组分的物质的量分数，结果保留小数点后三位)。答案(1)①T3T2T1正反应放热，升高温度平衡逆向移动，温度越高，CO2的平衡转化率越小，所以T3T2T1②m1m2m3保持n(CO2)不变，增大n(H2)，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，所以m1＞m2＞m3(2)C2H5OH0.243解析(2)升高温度平衡逆向移动，CO2、H2含量增大、C2H5OH、H2O含量减小，乙醇的含量是水蒸气的13倍，所以曲线d代表的物质为C2H5OH；Kp＝5×12.5%5×37.5%35×37.5%65×12.5%2≈0.243。