第7章 第6讲 工业生产中的化学平衡图像分析（Word教参）-【新高考方案】2024高考化学一轮复习（新教材版Ⅱ 新高考）

第6讲 工业生产中的化学平衡图像分析(综合应用课) 在工业生产过程中，如何提升原料利用率、降低化学反应条件、提高产物的产率等是化学工作者研究的重要课题。命题者往往根据实际工业生产、结合图像，从分析投料比、转化率、产率等角度来命题。此类题目的信息量大，能充分考查学生读图、提取信息、解决实际问题的能力，此类试题成为高考命题的“新宠”。 1．(2022·辽宁等级考·节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 ΔS＝－200 J·K－1·mol－1 回答下列问题： (1)合成氨反应在常温下____(填“能”或“不能”)自发。 (2)____温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，____温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 (3)方案二：M­LiH复合催化剂。 下列说法正确的是______。 a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 解析：(1)对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－0.2 kJ·K－1·mol－1)＝－32.8 kJ·mol－1<0，故合成氨反应在常温下能自发进行；(2)其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增大，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度；(3)由题图可知，300 ℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。 答案：(1)能 (2)高 低 (3)a 2．(2022·全国乙卷·节选)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题： 已知H2S热分解反应的方程式为2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)。在1 373 K、100 kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S­Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。 (1)n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率________________________， 理由是________________________________________________。 (2)n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线________________________，计算其在0～0.1 s之间，H2S分压的平均变化率为____ kPa·s－1。 解析：(1)由于正反应是体积增大的可逆反应，n(H2S)∶n(Ar)越小，总压不变，H2S的分压越小，越有利于平衡向正反应方向移动，因此H2S平衡转化率越高；(2)n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率越高，所以n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应的曲线是d；根据图像可知n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9反应进行到0.1 s时H2S转化率为24%。假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和9 mol，则根据三段式可知 此时H2S的分压为×100 kPa≈7.51 kPa，H2S的起始压强为10 kPa，所以H2S分压的平均变化率为＝24.9 kPa·s－1。 答案：(1)越高 2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)为气体分子数增大的反应，总压不变，n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分压越小，越有利于平衡向正反应方向进行，H2S平衡转化率越高 (2)d 24.9 3．(2021·全国甲卷·节选)已知CO2加氢制甲醇的总反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250 ℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105 Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。 (1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝____________。 (2)图中对应等压过程的曲线是____，判断的理由是______________________________。 (3)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α