专题过关作业(21) 热点题空专练 生产中的平衡图像与生产条件控制（学生用书Word版）-【高考快车道】2026年高考化学大二轮专题复习与策略

专题过关作业(二十一) 1．解析：(1)①A．没有描述反应方向，不能说明正、逆反应速率相等，不能判断反应是否达到平衡；B．反应在恒容反应器中进行，容器的体积和气体的总质量都不变，容器内气体密度始终不变，不能判断反应是否达到平衡；C．该反应为气体体积相等的反应，容器为绝热容器，容器内气体压强不变说明温度不变，则正、逆反应速率相等，能说明反应达到平衡。D．不变，即K值不变，证明温度不变，能说明反应达到平衡；②由图1可知，选择催化剂HZSM-b时，在相同温度下比选择催化剂HZSM-a时，二甲醚的转化率高，故选择的催化剂为HZSM-b；温度为280 ℃时，二甲醚的转化率比其他温度下高，故选择的温度为280 ℃；③在一定温度和压强下，若要进一步提高单位时间内二甲醚的转化率，可采取的措施是寻找催化效果更好的催化剂。(2)①反应Ⅱ是吸热反应，由图2可知，横坐标X的值越大，平衡时CH3OH的含量越小，说明平衡正向移动，则X代表温度，L就代表压强；②已知A点反应达到平衡，此时CH3OH的含量为50%，起始投料为2 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)，列三段式如下 　　　　　CH3OH(g)＋H2O(g)3H2(g)＋CO2(g) 起始/mol 2 　1 　0 　0 转化/mol x x 3x x 平衡/mol 2－x 1－x 3x x 有×100%＝50%，解得x＝0.25，则H2O的转化率为×100%＝25%；平衡时CH3OH的物质的量为1.75 mol，H2O(g)的物质的量为0.75 mol，H2的物质的量为0.75 mol，CO2的物质的量为0.25 mol，n(总)＝3.5 mol，则Kp＝ (MPa)2。 答案：(1)①CD　②HZSM-b　280 ℃　③寻找催化效果更好的催化剂　(2)①压强　②25%　 2．解析：(1)由图1可知，温度升高，pKp3减小，即温度升高，Kp3增大，所以升高温度，反应ⅲ正向移动，故ΔH3>0；根据盖斯定律，反应ⅲ－反应ⅱ×2得反应2CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋O2(g)，所以K＝。(2)该温度下忽略反应ⅲ，反应ⅱ．CO(g)＋N2O(g)⥫⥬CO2(g)＋N2(g)左右两边气体化学计量数之和相等，充分反应达平衡时总压强为0.9p0，所以平衡时n总＝5× mol＝4.5 mol，即反应ⅰ．CO(g)＋2NO(g)⥫⥬CO2(g)＋N2O(g)的发生使得容器内气体物质的量减少5 mol－4.5 mol＝0.5 mol，由于反应ⅰ左边的气体化学计量数之和比右边大1，所以反应ⅰ转化的n(CO)＝n(CO2)＝n(N2O)＝0.5 mol，转化的n(NO)＝1 mol，列三段式表示： 　 　　　CO(g) ＋　 2NO(g)⥫⥬CO2(g)＋　N2O(g) 始/mol 2 2 0 0 转/mol 0.5 1 0.5 0.5 平/mol 1.5 1 0.5 0.5 　　　　CO(g)　＋　N2O(g)⥫⥬CO2(g)＋N2(g) 始/mol 1.5 0.5 0.5 1 转/mol 0.25 0.25 0.25 0.25 平/mol 1.25 0.25 0.75 1.25 平衡时v正＝v逆，又v正＝k正·c2(NO)·c(CO)，v逆＝k逆·c(N2O)·c(CO2)，所以k正·c2(NO)·c(CO)＝k逆·c(N2O)·c(CO2)，即＝＝＝0.15。(3)越大，NO转化率越小，所以曲线Ⅱ表示NO的转化率与的变化曲线，则曲线Ⅰ表示＝1时NO的转化率与T的变化曲线；A点对应的温度为T6 K，A点后NO的平衡转化率增大的原因是反应ⅲ为吸热反应，温度高于T6 K时，随温度升高，反应ⅲ正向反应程度变大，引起N2O消耗，而N2O为反应ⅰ的生成物，所以反应ⅲ正向反应程度变大后促进了反应ⅰ正向进行，从而使NO的平衡转化率增大。 答案：(1)>　　(2)0.15　(3)Ⅰ　温度高于T6 K时，随温度升高，反应ⅲ正向反应程度变大，促进了反应ⅰ正向进行 3．解析：(1)根据盖斯定律，反应Ⅲ可以看作是反应Ⅰ和反应Ⅱ的加和：ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，根据题目描述，ΔH3<0，即ΔH1＋ΔH2<0，从图1中可以看出，反应Ⅰ的ln Kx随温度升高而增大，说明ΔH1>0，反应Ⅱ的ln Kx随温度升高而减小，说明ΔH2<0，所以的范围为0<<1。(2)①根据题干信息，甲醇的时空收率Y与甲醇的产率成正比，280 ℃时，Y最大，即甲醇产率最大，也就是说280 ℃是生成CH3OH的最佳温度；根据(1)题结论以及a、b两条曲线变化趋势可知，反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，升高温度n(CH3OH)减小，转化为CH3OH的CO2减小，n(CO)增加，转化为CO的CO2增加，则S(CH3OH)降低，图中代表S(CH3OH)随温度变化的曲线是b；280 ℃后，曲线b快速下降的可能原因是反应未达平衡，升高温度，CO2的转化率逐渐增大，反应Ⅰ速率的增大程度远大于反应Ⅱ，故甲醇的选择性快速下降；②根据图像信息可知，280 ℃时，CH3OH的选择性为77.5%，根据反应Ⅰ和反应Ⅱ以及元素守恒和选择性的表达式可得，S(CH3OH)＝×100%，S(CO)＝×100%，S(CH3OH)＋S(CO)＝1，所以S(CO)＝1－S(CH3OH)＝1－77.5%＝22.5%；Y(CH3OH)＝，已知Y(CH3OH)＝4.95 mmol·h-1·g-1，进气流量为4.5 mmol·min-1、n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，所以CO2的进气流量为 mmol·min-1，根据单位换算，1 h通入CO2的物质的量为，催化剂质量为 0.5 g，因此CH3OH的产率＝＝＝；又因CH3OH产率＝CO2的转化率×CH3OH的选择性，故＝CO2的转化率×77.5%，CO2的转化率＝；③根据题意，该气体流速下的转化率为平衡转化率，若假设装置中起始时含有0.04x mmol气体，那么起始时n(CO2)＝0.01x mmol、n(H2)＝0.03x mmol，反应Ⅰ中Δn(CO2)为a mmol，反应Ⅱ中Δn(CO2)为b mmol，则假设反应Ⅰ达到平衡后再发生反应Ⅱ并达到平衡，且平衡时n总＝0.038x mmol，则有如下三段式； 　　　　CO2(g)　　＋　　H2　　⥫⥬　　　CO(g)＋　H2O(g) 起始n 0.01x mmol 0.03x mmol 0 0 转化n a mmol a mmol a mmol a mmol 平衡n (0.01x－a)mmol (0.03x－a)mmol a mmol a mmol 　　　　CO(g)　＋　2H2(g)　　⥫⥬　　　CH3OH(g) 起始n a mmol (0.03x－a)mmol 0 转化n b mmol 2b mmol b mmol 平衡n (a－b)mmol (0.03x－a－2b)mmol b mmol 根据平衡时CO2转化率为50%，可知a＝0.005x，n总＝0.01x－a＋a－b＋0.03x－a－2b＋a＋b＝0.04x－2b＝0.038x，解得b＝0.001x，则平衡时n(CO2)＝0.01x mmol－0.005x mmol＝0.005x mmol、n(H2)＝0.03x－a－2b＝0.023x mmol、n(H2O)＝a mmol＝0.005x mmol，n(CO)＝(a－b)mmol＝0.004x mmol，可以得到反应Ⅰ的Kp＝＝＝＝＝。 答案：(1)C　(2)①280 ℃　b　反应未达平衡，CO2的转化率逐渐增大，反应Ⅰ速率的增大程度远大于反应Ⅱ，故甲醇的选择性快速下降　②22.5%　　③ 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题过关作业(二十一) 热点题空专练生产中的平衡图像与生产条件控制 (分值：40分) 1．(14分)(2025·六盘水一模)二甲醚有含氢量高、廉价无毒等优点，利用二甲醚催化重整制氢的反应如下： 反应Ⅰ：CH3OCH3(g)＋H2O(g)⥫⥬2CH3OH(g)　ΔH1＝＋25 kJ·mol-1 反应Ⅱ：CH3OH(g)＋H2O(g)⥫⥬3H2(g)＋CO2(g)　ΔH2＝＋50 kJ·mol-1 回答下列问题： (1)将CH3OCH3(g)和H2O(g)以体积比1∶1充入恒容反应器，只发生反应Ⅰ。 ①绝热条件下，可判断该反应达到平衡状态的是________(填标号)。 A．v(CH3OCH3)＝v(H2O) B．容器内气体密度不变 C．容器内气体压强不变 D．不变 ②实验测得相同投料比和流速时，二甲醚的平衡转化率、单位时间内二甲醚的转化率和温度的关系如图1所示。据图分析，适宜的催化剂是________(填“HZSM-a”或“HZSM-b”)，温度为________。 ③在一定温度和压强下，若要进一步提高单位时间内二甲醚的转化率，可采取的措施是______________________________________________________________ ____________________________________________________________。(6分) (2)在一个恒容密闭容器中充入2 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)，发生反应Ⅱ。平衡时CH3OH的含量随温度、压强的变化如图2所示。 ①判断图中L代表的物理量是________(填“温度”或“压强”)。 ②已知A点反应达到平衡，体系压强为P MPa，则H2O的转化率为________，该温度下的Kp＝________(MPa)2(列出含P的计算式即可，用平衡分压代替平衡浓度计算，平衡分压＝总压×物质的量分数)。(8分) 2．(10分)(2025·长沙二模，节选)深入研究碳、氮元素的物质转化有着重要的实际意义，汽车尾气净化装置中CO和NO发生如下反应： ⅰ．CO(g)＋2NO(g)⥫⥬CO2(g)＋N2O(g)　ΔH1，Kp1 ⅱ．CO(g)＋N2O(g)⥫⥬CO2(g)＋N2(g)　ΔH2，Kp2 ⅲ．2N2O(g)⥫⥬2N2(g)＋O2(g)　ΔH3，Kp3 回答下列问题： (1)上述反应的pKp－T的线性关系如图1所示(pKp＝－lg Kp)。ΔH3________(填“>”或“<”)0，反应2CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋O2(g)的K＝________(用Kp2、Kp3表示)。(3分) (2)一定温度下，在1 L密闭容器中充入2 mol CO、2 mol NO和1 mol N2，初始总压强为p0，仅发生以上反应ⅰ、ⅱ，且反应ⅰ的v正＝k正·c2(NO)·c(CO)，v逆＝k逆·c(N2O)·c(CO2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。充分反应达平衡时总压强为0.9p0，N2的物质的量为1.25 mol，则＝________。(3分) (3)CO和NO发生上述三个反应，在不同条件下达到平衡时，在T1 K时NO的转化率与的变化曲线及＝1时NO的转化率与T的变化曲线如图2所示。 表示＝1时NO的转化率与T的变化曲线为________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)曲线，A点后NO的平衡转化率增大的原因是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________。(4分) 3．(16分)(2025·烟台一模)CO2催化加氢转化为CH3OH既能响应国家的“双碳”目标，又能缓解能源紧缺。该过程主要发生下列反应： Ⅰ．CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH1 Ⅱ．CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)　ΔH2 Ⅲ．CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3<0 回答下列问题： (1)反应Ⅰ、Ⅱ以物质的量分数表示的平衡常数ln Kx与温度T的变化关系如图1所示。则ΔH3/ΔH2的数值范围是________(填标号)。(2分) A．<－1　　　　　　　 B．－1－0 C．0－1 D．>1 (2)3 MPa下，以进气流量4.5 mmol·min-1、n(CO2)∶n(H2)＝1∶3持续通过装有0.5 g催化剂的反应管中(仅发生上述反应Ⅰ、Ⅱ)。经相同时间测得CO2的转化率[α(CO2)]、CH3OH的选择性[S(CH3OH)]及CH3OH的时空收率[Y(CH3OH)]随温度(T)的变化关系如图2所示： 已知：a．S(CH3OH)＝n(转化为CH3OH的CO2)/n(消耗的CO2)×100% b．Y(CH3OH)＝CH3OH的产率×CO2的进气流量/催化剂的质量(mmol·h-1·g-1) ①该条件下，合成CH3OH的最佳温度是________，图中代表S(CH3OH)随温度变化的曲线是________，280 ℃后，曲线b快速下降的可能原因是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 ②280 ℃时，CO的选择性为______________，若Y(CH3OH)为4.95 mmol·h-1·g-1，则α(CO2)＝________(列出计算式即可)。 ③一定条件下，将进气流量改为0.04 mmol·min-1(此流量下的转化率可近似认为平衡转化率)，测得出气流量为0.038 mmol·min-1，α(CO2)为50%，此时反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________。(14分)  1/1 学科网（北京）股份有限公司 $