2024年江苏高考化学一轮复习 微主题6　化学平衡图像分析 课时练（含解析）

微主题6化学平衡图像分析

1.(2021.连云港期中)二甲醴(CH30cH3)是一种新型能源，被誉为“21世纪的

清洁燃料"。以CO和H2为原料，在一定温度和压强下，用催化剂(主要成分是

Cu-Mn的合金)生成二甲醴和副产物甲醇的反应如下：

①3H2(g)+3co(g)^^CH30cH3(g)+CO2(g)

②2H2(g)+C0(g)—>CH30H(g)

8o8o

72

%

都6o6o

7

)4o4o

都

2o2o

0

1.02.03.04.0w(Mn)

■^cin

催化剂中粤?对合成二甲醴的影响情况如图所示

n(Cu)

(目标产物产率\

［已知：选择性=；超看屋X100%%下列说法不正确的是()

A.选择合适催化剂能提高CH30cH3的产率

B.采取压缩体积的方式可以增大二甲醴的产率

C.当粤?=2时，二甲醴的选择性为90%,二甲醴的产率为64.8%

〃(Cu)

D.当粤?减小时，CH30H的产率一定增大

2.(2022.海门检测)HCOOCH3是一种重要的化工产品，被公认为“万能中间

体”。甲醇脱氢法制HCOOCH3是工业上的一种重要方法，具有工艺流程短、原

料单一'反应条件温和等优点。其工艺过程涉及如下反应:

反应I：2cH30H(g：h_*HCOOCH3(g)+2H2(g)AHi=+135.4kJ/mol

反应n：CH30H(g)=CO(g)+2H2(g)AH2=+106.0kJ/mol

一定条件下，在容积为10L的恒容密闭容器中通入1.0molCH3OH气体发生

上述反应，在不同温度下连续反应4h。测得甲醇的总转化率(a,图中实线表示)

和HCOOCH3的选择性(九图中虚线表示)随温度变化如图所示(已知：HCOOCH3

的选择性=建矗耀器瞽*1°°%)。下列说法正确的是()

B.553K下，HCOOCH3的产量为0.1mol

C.反应in：HCOOCH3(g)^=i2CO(g)+2H2(g)Aft=+76.6kJ/mol

D.其他条件不变，随着温度升高，出口处HCOOCH3、H2、CO的量均不断

增大

3.(2022.南通基地学校联考)某科研团队设计利用CO2和H?合成CH4的主要

反应如下：

反应I：CO2(g)+4H2(g)^^CH4(g)+2H2O(g)AHi

反应n：CO2(g)+H2(g)^^CO(g)+H2O(g)Aft

在密闭容器中，控制总压强为01MPa,嘿\=4,平衡时各组分的物质的

量分数随温度的变化关系如图所示。下列说法不正确的是()

200400600800

温度/t

A.AH2>0

B.曲线b表示平衡时H2的物质的量分数随温度的变化

C.选用合适的催化剂可提高生成CH4的选择性

D.总压强为0.1MPa,号瞿=4时，600〜800℃范围内，反应I占主导

4.(2022.如皋期末)利用CCh和H2合成甲醇时主要涉及以下反应：

I：CO2(g)+3H2(g)^-CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-58kJ/mol

II：CO2(g)+H2(g))­<O(g)+H2O(g)AH2=+41kJ/mol

向含有催化剂的密闭容器中充入一定比例CO2和H2混合气体，其他条件一

定，反应相同时间，测得CO2的转化率和CH30H的选择性灯岑黑X100%与

_〃反应_

温度的关系如图所示。下列说法正确的是()

20

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%8o、

15起

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螂H

54oO

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02OO

2

23025070

温度汽

A.反应CO(g)+2H2(g)--CH30H(g)的AH=+99kJ/mol

B.250℃时容器中CH3OH的物质的量多于210。。时容器中

C.250c时，其他条件一定，增大反应的压强不会改变混合气中CO的体积

分数

D.研发高温下催化活性强、对CH30H的选择性高的催化剂有利于CH30H

的合成

5.(2021.常州重点中学期中)CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封

存技术，该过程主要发生下列反应：

①CO2(g)+3H2(g)===CH30H(g)+H2O(g)AH=—49.5kJ/mol

②CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)AH=+41.2kJ/mol

在0.5MPa条件下，将“(CO2):〃(H2)为1：3的混合气体以一定流速通过装

有催化剂的反应器，实验测得CO2的转化率、CH30H的选择性

“生成(CH3OH)

X100%与温度的关系如图所示。下列有关说法不正确的是()

“总转化(CO2)

100

%8o20

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、

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1哪

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O56

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O2O

200240280320360400

温度/t

A.反应②继续加氢生成甲醇的热化学方程式可表示为CO(g)+

2H2(g)===CH30H(g)AH=-90.7kJ/mol

B.其他条件不变，增大起始〃(CO2)：〃(H2)的比值，可提高CO2的平衡转化

率

C.其他条件不变，在280〜400℃间，产物中”(CH3OH)随温度的升高先增大

后减小

D.为高效生产CH3OH,需研发低温下CO2转化率高和CH30H选择性高的

催化剂

6.(2021.靖中、丹中、泳中联考)CO2催化加氢合成二甲醴是一种CCh转化方

法，其过程中主要发生下列反应：

反应I：CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)AH=+41.2kJ/mol

反应II：2CO2(g)+6H2(g)===CH3OCH3(g)+3H2O(g)AH=-122.5kJ/mol

10o

8o

6o

4o

2o

200240280320360

温度/t

在恒压、C02和H2的起始量一定的条件下，C02平衡转化率和平衡时

CH30cH3的选择性随温度的变化如图。其中：CH30cH3的选择性=

2XCH30cH3物质的量

X100%o下列说法正确的是()

反应的C02的物质的量

A.其他条件不变，升高温度，C02的转化率一定随着温度升高而降低

B.曲线b表示平衡时CH30cH3的选择性随温度的变化情况

C.其他条件不变，增加氢气的投入量，一定能提高CH30cH3的产率

D.220℃时，在催化剂作用下，C02与H2反应一段时间后，测得CH30cH3

的选择性为48%(图中x点)，使用对反应n催化活性更高的催化剂，可提高

CH30cH3的选择性

7.(2022.海门中学)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。

资源化利用碳氧化合物能有效减少CO2排放，实现自然界中的碳循环。

(1)以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下：

I.CO2(g)+C2H6(g)=C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)AH=+177kJ/mol(主反

应)

n.C2H6(g)===CH4(g)+H2(g)+C(s)AH=+9kJ/mol(副反应)

反应I的反应历程可分为如下两步：

I.C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)AH1

ii.H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g)AH2=+41kJ/mol

①Mil=o

②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)对反应I速率影响更大，原因是

③0.1MPa时，向一恒容密闭容器中充入物质的量之比为2：1的CO2(g)和

C2H6(g),反应物转化率与反应温度的关系如图1所示。在800℃,C2H4(g)的选择

[n[CH(g)]

24X100%为

[〃反应[C2H6(g才

0o

8o-♦-C2H«转化率(800,75)

%

/

新6o-CO,转化率/L

7

〉4o

哪2O

(800,30)

720740760780800820

反应温度/t

图1

(2)CO2可制甲烷化，CO2可制甲烷化过程中，CO2活化的可能途径如图2所

示。CO是CO2活化的优势中间体，可能的原因是

0.55

0-04

CO/+2H*\HCOO*+H*

\-0.82

CO*+O*+2H*

反应进程

(3)CO2可用CaO吸收，发生反应：CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)o在不同温

度下，达到平衡时体系中CO2的物质的量浓度与温度的关系如图3所示。900℃

下的c(CO2)远大于800℃下的c(CO2),其原因是

8.(2022.海门检测)开发CO2催化加氢合成二甲醴技术是有效利用CO2资源,

实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。

CO2催化加氢直接合成二甲醴：

2co2(g)+6H2(g)^^CH30cH3(g)+3H20(g)AH=-122.54kJ/mol

副反应：CO2(g)+H2(g)^^CO(g)+H2O(g)AH=+41.2kJ/mol

其他条件相同时，反应温度对CO?平衡总转化率及反应2.5h的C02实际总

转化率影响如图1所示;反应温度对二甲醴的平衡选择性及反应2.5h的二甲醴实

际选择性影响如图2所

生成二甲醛的C02物质的量

已知：CH30cH3的选择性=X100%

反应共消耗C02物质的量

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au-

(1)图1中，温度高于290℃,CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因

分匕日

可目匕

(2)图2中，在240〜300℃范围内，相同温度下，二甲醴的实际选择性高于

其平衡值，从化学反应速率的角度解释原因：

微主题6化学平衡图像分析

1.D【解析】由图可知，催化剂组成不同，CH30cH3选择性不同，选择

合适的催化剂能提高CH30cH3的产率，A正确；反应①为气体体积减小的反应,

压缩体积能使反应①平衡右移，增大二甲醴的产率，B正确；黑^=2时，C0

转化率为72%,二甲醴产率=二甲醴选择性XCO转化率=90%X72%=64.8%,

C正确；曙&咸小时，CO转化率和CH30cH3的选择性均减小，CH30H的产率

〃(Cu)

减小，D错误。

2.C【解析】反应I为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，A错误；由

图可知，553K下，甲醇的总转化率为20.0%、甲酸甲酯的选择性为50.0%,由公

式可知，甲酸甲酯的物质的重为-------------------=0.05mol,B错误；由

盖斯定律可知，反应nX2一反应I=反应ni,贝ij反应ni：HcoocH3(g)2co©

+2H2(g)AH3=2AH2-AH1=(+106.0kJ/mol)X2-(+135.4kJ/mol)=+76.6

kJ/mol,C正确；由图可知，温度超过553K后，甲酸甲酯的选择性降低，出口

处甲酸甲酯的量减小，D错误。

3.D【解析】根据图示可知，温度升高，CO的平衡物质的量分数增大，

说明升高温度，平衡正向移动，因此正反应是吸热反应，AH2>0,A正确；在密

闭容器中，控制总压强为0.1MPa,湍^=4,反应I中CO2、H2按系数比1：4

消耗，根据图示可知，温度升高CH4的平衡物质的量分数减小，说明升高温度平

衡逆向移动，该反应的正反应是放热反应；而反应n中CO2、H?按系数比1：1

消耗，反应n的正反应是吸热反应，温度升高，平衡正向移动，导致温度高时反

应n占主导地位，结合方程式中物质反应转化关系可知，H2的物质的量分数最大,

故曲线b表示平衡时H2的物质的量分数随温度的变化，B正确；在相同外界条件

下不同的催化剂对不同化学反应的催化效率不同，因此选用合适的催化剂可提高

生成CH4的选择性，C正确；根据图示可知，在总压强为O.IMPa,湍^=4时,

600〜800℃范围内，CO的物质的量的分数比CH4的大，说明在该温度范围内反

应n占主导，D错误。

4.B【解析】根据盖斯定律可知，CO(g)+2H2(g)=^CH30H(g)的AH=一

58kJ/mol—41kJ/mol=-99kJ/mol,A错误；由图中数据和选择性公式计算可知，

250℃时容器中CH30H的物质的量多于210℃时容器中，B正确；250℃时，其

他条件一定，增大反应的压强，第一个反应平衡正向移动，混合气中CO的体积

分数会变化，C错误；由图可知，应研发低温下对CH30H的选择性高、低温下

催化活性强的催化剂有利于CHsOH的合成，D错误。

5.B【解析】根据盖斯定律可知，反应①一反应②即得CO(g)+

2H2(g)===CH30H(g)AH=-90.7kJ/mol,A正确；其他条件不变，增大起始

n(CO2):〃(H2)的比值，可提高H2的平衡转化率，但CO2的平衡转化率降低，B

错误；假设参加反应的二氧化碳的物质的量是1mol,根据图像可知，280c时

生成甲醇的物质的量是0.94X0.03mol=0.0282mol,同理320℃时生成甲醇是

0.92X0.1mol=0.092mol,360℃时生成甲醇是0.15X0.48mol=0.072mol,400℃

时，生成甲醇是0.04X0.17mol=0.0068mol,即其他条件不变，在280〜400℃

间，产物中”(CH3OH)随温度的升高先增大后减小，C正确；根据图像以及结合反

应①是放热反应可知，为高效生产CH3OH,需研发低温下CO2转化率高和CH30H

选择性高的催化剂，D正确。

6.D【解析】升高温度，反应I平衡右移，CO2转化率升高，反应n平衡

逆移，CO2转化率降低，升温CO2转化率不一定上升，A错误；CH30cH3是反应

n产物，故其产量应随温度上升逐渐减少，所以曲线a为CH30cH3选择性对应

图像曲线，曲线b是CO2转化率曲线，B错误；其他条件不变，只增加H?投入

量，理论上两个反应平衡都应正移，都有H2。生成，故对于反应n来说，反应I

生成的H20会抑制反应n的正向移动，且不同温度下反应I产生的H20的量不

同，对反应n的影响程度不同，所以CH30cH3产率不一定增加，C错误；X点未

在曲线a上，此时未达到平衡状态，可以通过更换催化活性更高的催化剂，提高

CH30cH3选择性，使其达到相应温度下的曲线a上的点所对应的选择性值，D正

确。

7.(1)①+136kJ/mol②反应ii速率较慢C舌化能