1、1微专题 4 陌生平衡图像的理解与分析近三年全国卷考情年份 题号 考查点2016年全国 27 浓度浓度2016年全国 27 温度产率n(氨)/n(丙烯)产率2016年全国 27 T lg(pe/Pa)2017年全国 27 时间浸出率2017年全国 27温度平衡转化率n(H2)/n(丁烷)丁烯产率温度产率27 温度溶解度2017年全国28 时间浓度2018年全国 27 温度积碳量时间积碳量2018年全国 28 时间转化率从近三年卷对图像的考查看,体现出以下几个特点:1.稳定。几乎是每年都会出现,特别是温度、时间产率(转化率)出现频率比较高。虽然2018年的卷中没出现图像,但在 28题中给出了分压
2、与时间的表格,其难度也比较大。2.创新。除了常见的图像。2016 年的 n(氨)/n(丙烯)产率;2017 年的 n(H2)/n(丁烷)丁烯产率;2018 年的温度积碳量、时间积碳量,每年都会出现一个新的坐标物理量。所以掌握图像的数学意义,冷静分析图像蕴藏的化学、物理过程,才可遇变不惊,妥善应答。通过图像图表描述试题信息是高考化学常用的考查方式,在卷中的速率、平衡图像开始逐渐打破传统的图像模式,反应体系不再局限于气体间的反应,开始增加溶液中反应的图像。横纵坐标也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率等常见的物理量,开始引入更多的变量,如物质的量之比、气体分压的负对数等来增加新颖度、陌生度,属
3、于高区分度试题。这类试题对考生的数理逻辑思维判断有较高的要求。但任何图像都是函数关系的形象化表达,不管图像的形式多么怪异复杂,最终所表达的还是两个变量的关系。1.首先明确横纵坐标的含义2.在上述基础上分析出图像中起点、终点、拐点的意义,这些往往代表一个反应阶段的结束或条件的改变。分清直线(水平段居多)、曲线的变化(上升、下降、平缓、转折等),同时对走势有转折变化的曲线,要分段分析,找出各段曲线的变化趋势及其含义,每一段可能发生了不同的反应。3.当有两个条件因素对一个事件的影响相反时,事件的最终发展方向由影响大的因素决定。但两个条件的影响程度可能会发生转变,此时事件的发展方向会发生转折。【例题】
4、 (2017全国卷,27)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:(1)正丁烷(C 4H10)脱氢制 1 丁烯(C 4H8)的热化学方程式如下:C 4H10(g) C4H8(g)+H2(g) H 1已知:C 4H10(g)+ O2(g) C4H8(g)+H2O(g) H 2=-119 kJmol-12H 2(g)+ O2(g) H2O(g)12H 3=-242 kJmol-1反应的 H 1为 kJmol-1。图(a)是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
5、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 。 3思路点拨:(1)观察反应特点:气体体积增大,吸热反应。(2)观察图(a)特点,同一温度下 x MPa下平衡转化率更高,利于正反应,x M
6、Pa 是低压。(3)图(b)横坐标的意义:氢气与丁烷的物质的量之比,观察反应特点考虑氢气对反应的影响。(4)注意到丁烯产率的降低伴随着副产物的增加,分析此两者的关系。解析:(1)反应=-,则 H 1=H 2-H 3=-119 kJmol-1-(-242 kJmol-1)=+123 kJmol-1。反应是分子数增大的反应,随压强的增大,平衡逆向移动,平衡转化率降低,所以 x小于0.1。因正向反应是一个分子数增大的吸热反应,所以产率提高采取的措施是 A、D。(2)因为反应中生成 H2,所以随着 n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大,丁烯的产率降低。(3)反应正向为吸热反应,所以 590 前升
7、高温度,平衡正向移动,而升高温度时,反应速率加快,单位时间内产生丁烯更多,590 以后,高温使丁烯裂解生成短碳链烃类,故丁烯产率降低。答案:(1)123 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 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类1.(2016全国卷,27)丙烯腈( )是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛( )和乙腈(CH 3CN)等。回答下列问题:(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C 3H3N)和副产物丙烯醛(C 3H4O)的热化学方程式如下:C
8、 3H6(g)+NH3(g)+ O2(g) C3H3N(g)+3H2O(g)32H=-515 kJmol -1C 3H6(g)+O2(g) C3H4O(g)+H2O(g)H=-353 kJmol -1两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是 ;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。 (2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为 460 。低于 460 时,丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是 ;高于 460 时,丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选,填标号)。 A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大C.副反
9、应增多 D.反应活化能增大4(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与 n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知,最佳 n(氨)/n(丙烯)约为 ,理由是 。 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。 解析:(1)由热化学方程式可知,反应气体分子数增加,是一个熵增的放热反应,反应气体分子数不变,是一个熵变化不大的放热量较大的反应,在热力学上都属于自发进行的反应。由于反应是一个气体分子数增加的放热反应,降温、减压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。有机反应中要提高某反应的选择性,关键是选择合适的催化剂。(2)因生产丙烯腈的反应为放热反应,随反应温度的升高,丙烯腈产率应随之降低,故低于 460 时,丙烯腈的
10、产率不是对应温度下的平衡产率;高于 460 时,丙烯腈产率降低有可能是催化剂活性降低,也有可能是副反应增多造成的;随着温度的升高,平衡左移,平衡常数应减小;反应活化能的高低与生成物产率无关。(3)在 n(氨)/n(丙烯)约为 1时,丙烯腈的产率最高,副产物丙烯醛的产率最低,故该比例应是最佳比例。理论上设 n(氨)=n(丙烯)=1 mol时,此时需要的氧气为 1.5 mol,又空气中氧气的量约占 20%,故进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 17.51。答案:(1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂 (2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC (3)1
11、该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低 17.512.(2018广东佛山质检)开发新能源是解决环境污染的重要举措,工业上常用 CH4与 CO2反应制备 H2和 CO,再用 H2和 CO合成甲醇。在恒容密闭容器中通入 CH4与 CO2,使其物质的量浓度均为 1.0 molL-1,在一定条件下发生反应:CO 2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g),测得 CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示:则:(1)该反应的 H (填“”)0。 (2)压强 p1、p 2、p 3、p 4由大到小的关系为 。 压强为 p4时,在 b点:v(正) (填“”)v(逆)。 (3)对于气相反应,用
12、某组分(B)的平衡压强 p(B)代替物质的量浓度 c(B)也可表示平衡常数(记作 Kp),则该反应的平衡常数的表达式 Kp= ; 如果 p4=0.36 MPa,求 a点的平衡常数 Kp= (保留 3位有效数字,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。 (4)为探究速率与浓度的关系,该实验中,根据相关实验数据,粗略绘制出了 2条速率浓度5关系曲线:v 正 c(CH4) 和 v 逆 c(CO)。则:与曲线 v 正 c(CH4)相对应的是上图中曲线 (填“甲”或“乙”)。 当降低到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的平衡点分别为 (填字母)。 解析:(1)根据图示,压强不变时,升高温度
13、,CH 4的平衡转化率增大,说明平衡向正反应方向移动。根据升温时,平衡向吸热反应方向移动可知,正反应为吸热反应,H0。(2)该反应的正反应为气体分子数增大的反应,温度不变时,降低压强,平衡向正反应方向移动,CH 4的平衡转化率增大,故 p4p3p2p1。压强为 p4时,b 点未达到平衡,反应正向进行,故 v(正)v(逆)。(3)由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知,用平衡压强表示的平衡常数K= 。p 4时 a点 CH4的平衡转化率为 80%,则平衡时 c(CH4)=c(CO2)=0.2 molL-1,c(CO)=c(H2)=1.6 molL-1,则 p(CH 4)=p(CO2)=p4 = p4,p(CO)0.20.22+1.62=p(H2)=p4 = p4,故 K= = 1.64。1.60.22+1.62(8184)2(8184)211841184(4)CH 4的浓度由 1.0 molL-1逐渐减小,而 CO的浓度由 0逐渐增加,故 v 正 c(CH4)相对应的曲线为乙。降低温度,正、逆反应速率均减小,平衡向逆反应方向移动,则 CH4的浓度增大,而 CO的浓度减小,故相应的平衡点分别为 B、F。答案:(1) (2)p 4p3p2p1 (3) 1.64(4)乙 B、F
