大单元四 专题10 热点强化20 化工生产中多平衡图像选择题专练（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（苏教版 江苏专用）

热点强化20　化工生产中多平衡图像选择题专练 1．(2022·江苏，13)乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH＝173.3 kJ·mol－1，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。 CO的选择性＝×100%，下列说法正确的是(　　) A．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化 B．升高温度，平衡时CO的选择性增大 C．一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率 D．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率 答案　B 2．(2021·江苏，14)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大 B．其他条件不变，在175～300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大 C．催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃ D．高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂 答案　D 解析　NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的平衡转化率降低，故A错误；根据图像，在225～300 ℃范围，随温度的升高，NH3的转化率几乎不变，N2的选择性降低，即产生氮气的量减少，故B错误；根据图像，温度高于250 ℃ N2的选择性降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，故温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，故C错误；氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，故D正确。 1．CO2-H2催化重整可获得CH3OH。其主要反应为 反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.0 kJ·mol－1 反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝41.2 kJ·mol－1 若仅考虑上述反应，在5.0 MPa、n始(CO2)∶n始(H2)＝1∶3时，原料按一定流速通过反应器，CO2的平衡转化率和CH3OH的选择性随温度变化如图所示。CH3OH的选择性＝×100%。 下列说法正确的是(　　) A．其他条件不变，升高温度，CO2的平衡转化率增大 B．其他条件不变，T>236 ℃时，曲线下降的可能原因是反应Ⅰ正反应程度减弱 C．一定温度下，增大n始(CO2)∶n始(H2)可提高CO2平衡转化率 D．研发高温高效催化剂可提高平衡时CH3OH的选择性 答案　B 解析　从图中可知，升高温度，CO2的平衡转化率下降，A错误；温度升高，反应Ⅰ化学平衡逆向移动，反应Ⅱ化学平衡正向移动，反应Ⅰ使CO2的转化率减小的程度大于反应Ⅱ增大的程度，导致CO2的转化率有所下降，B正确；增大n始(CO2)∶n始(H2)，CO2物质的量增大，平衡转化率减小，C错误；温度越高甲醇的选择性越低，应研发低温催化剂，D错误。 2．(2023·南通海门中学模拟)飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。如何有效消除NO成为环保领域的重要课题。某研究小组用新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得一段时间内NO的转化率、CO剩余的百分率随温度变化情况如图所示。已知NO可发生下列反应： 反应Ⅰ：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH1<0 反应Ⅱ：2NO(g)N2(g)＋O2(g)　ΔH2 下列叙述不正确的是(　　) A．ΔH1＜0，ΔH2＜0 B．温度大于775 K时，催化剂活性降低 C.＝1时，控制温度875 K已可较好的去除NO D．775 K，＝1时，不考虑其他反应，该时刻n(CO2)∶n(N2)＝3∶2 答案　B 解析　根据的图像可以看出反应Ⅱ在775 K时达到平衡状态，后随温度的升高NO的转化率下降，因此ΔH2＜0，根据盖斯定律反应Ⅰ－反应Ⅱ可得2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2<0，即ΔH1<ΔH2<0，A正确；在温度大于775 K时，反应速率并没有减慢，说明催化剂活性没有降低，B错误；根据图像可以看出＝1，温度875 K时，NO的转化率已经很高，已经能够较好的去除NO，且再升高温度NO的转化率变化不大，C正确；根据图像775 K时，CO转化率为30%，＝1，设起始加入NO和CO各1 mol，利用三段式处理数据如下： 　　　　　2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) 转化/mol 0.3 0.3 0.3 0.15 又NO的转化率为40%，说明共消耗0.4 mol NO，则有0.1 mol NO参与反应Ⅱ： 　　　 2NO(g)N2(g)＋O2(g) 转化/mol 0.1 0.05 0.05 n(CO2)＝0.3 mol，n(N2)＝(0.15＋0.05) mol＝0.2 mol，因此n(CO2)∶n(N2)＝3∶2，D正确。 3．(2023·盐城市伍佑中学高三模拟)利用H2和CO反应生成CH4的过程中主要涉及的反应如下： 反应Ⅰ　CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－206.2 kJ·mol－1 反应Ⅱ　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1 [CH4的产率＝×100%，CH4的选择性＝×100%]保持温度一定，在固定容积的密闭容器中进行上述反应，平衡时CH4和CO2的产率及CO和H2的转化率随的变化情况如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．当容器内气体总压不变时，反应Ⅱ达到平衡状态 B．曲线c表示CH4的产率随的变化 C.＝0.5，反应达平衡时，CH4的选择性为50% D．随着增大，CO2的选择性先增大后减小 答案　B 解析　分析可知，曲线a表示CH4产率，曲线b表示H2转化率，曲线c表示CO转化率，曲线d表示 CO2产率随的变化情况。反应Ⅰ、Ⅱ可以合并为2CO(g)＋2H2(g)CH4(g)＋CO2(g)，是气体总体积缩小的反应，当固定容积的密闭容器内总压不变时，则反应Ⅰ、Ⅱ都达到平衡状态，A正确；通过总反应式2CO(g)＋2H2(g)CH4(g)＋CO2(g)，当＝0.5时，生成物n(CH4)＝n(CO2)，故CH4的选择性为50%，C正确；随着的不断增大，作为反应Ⅱ的生成物浓度不断增加会抑制CO2的生成，故CO2选择性先增大后减小，D正确。 4．(2024·南京金陵中学模拟预测)二氧化碳加氢合成二甲醚包括三个相互关联的反应过程： 反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.01 kJ·mol－1 反应Ⅱ：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2＝－24.52 kJ·mol－1 反应Ⅲ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝41.17 kJ·mol－1 在压强30 MPa，＝4，不同温度下CO2的平衡转化率、CO的选择性和CH3OCH3的选择性如图所示(选择性指生成某物质消耗的CO2占CO2消耗总量的百分比)： 下列说法正确的是(　　) A．曲线A表示CH3OCH3的选择性 B．300 ℃时，生成CH3OCH3的CO2平衡转化率为3% C．220～240 ℃间，升高温度，减小 D．为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的选择性，应选择低温、高压的反应条件 答案　D 解析　由盖斯定律可知，反应Ⅰ×2＋反应Ⅱ得到反应2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－122.54 kJ·mol－1，升高温度，平衡向逆反应方向移动，二甲醚的选择性减小，反应Ⅲ为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的选择性增大，则曲线A表示一氧化碳的选择性，曲线B表示二氧化碳的平衡转化率，曲线C表示二甲醚的选择性。由图可知，300 ℃平衡时，二氧化碳的平衡转化率为30%，二甲醚的选择性为20%，设二氧化碳的起始物质的量为1 mol，则反应生成二甲醚消耗二氧化碳的物质的量为1 mol×30%× 20%×2＝0.12 mol，则生成二甲醚的二氧化碳的平衡转化率为×100%＝12%，故B错误；反应Ⅰ为放热反应，反应Ⅲ为吸热反应，220～240 ℃，升高温度，反应Ⅰ的平衡向逆反应方向移动，反应生成二氧化碳和氢气的物质的量比为1∶3，反应Ⅲ的平衡向正反应方向移动，消耗二氧化碳和氢气的物质的量比为1∶1，则增大，故C错误；反应Ⅰ为气体体积减小的放热反应，反应Ⅲ为气体体积不变的吸热反应，增大压强，反应Ⅰ的平衡向正反应方向移动、反应Ⅲ的平衡不移动，则二氧化碳的转化率和甲醇的选择性都增大，降低温度，反应Ⅰ的平衡向正反应方向移动，反应Ⅲ的平衡向逆反应方向移动，结合图像，则二氧化碳的转化率和甲醇的选择性都增大，故D正确。 5．(2023·盐城统考模拟)焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为 反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝247.1 kJ·mol－1 反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝41.2 kJ·mol－1 反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH3＝172 kJ·mol－1 反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH4＝131.29 kJ·mol－1 在1×105 Pa下、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。 相对体积V(CH4)＝、 相对体积V(CO或H2)＝，下列说法不正确的是(　　) A．温度低于900 ℃时，反应Ⅰ基本不发生 B．850～900 ℃时，主要发生反应Ⅳ C．增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积 D．工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂 答案　C 解析　从图中可以看出，温度低于900 ℃时，CH4的相对体积基本上是100%，所以反应Ⅰ基本不发生，所以工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂，A、D正确；850～900 ℃时，H2、CO的相对体积都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相对体积变化不大，所以主要发生反应Ⅳ，B正确；焦炉煤气的流速过大时，气体反应物在反应管中停留时间会缩短，反应可能不充分，且气流会带走一部分热量，使体系温度降低，平衡逆向移动，故增大焦炉煤气的流速不一定能提高CO的相对体积，C不正确。 学科网（北京）股份有限公司 $