题型强化练十二 多平衡体系图像的分析应用
1．(2023·江苏省扬州市高三下学期三模)碳热还原氧化锌反应可用于循环制氢。碳热还原氧化锌的主要反应如下：
反应Ⅰ：ZnO＋COZn＋CO2；
反应Ⅱ：CO2＋C2CO。
在不同容器中分别发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，不同压强(p1或p2)下分别达到平衡时，两个反应中随温度变化的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．压强大小：p1＞p2
B．在如图所示条件下，反应Ⅰ可表示为ZnO(s)＋CO(g)Zn(s)＋CO2(g) ΔH<0
C．选择反应Ⅱ的小于反应Ⅰ的条件，将C与ZnO置于同一密闭容器中，碳热还原氧化锌反应能顺利进行
D．一定条件下将C与ZnO置于同一密闭容器中反应，当＜1时，增大的值，可减少平衡时气体中CO2的含量
2．(2023·江苏省扬州中学高三下学期考前练习)在催化剂作用下，以CO2和H2为原料进行合成CH3OH的实验。保持压强一定，将起始n(CO2)∶n(H2)＝1∶3的混合气体通过装有催化剂的反应管，测得出口处CO2的转化率和CH3OH的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。
已知反应管内发生的反应为
反应1：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
反应2：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
下列说法正确的是( )
A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH＝＋90.7 kJ·mol－1
B．280 ℃时，出口处CH3OH的体积分数的实验值小于平衡值
C．220～240 ℃时CO2的平衡转化率随温度升高而降低，原因是反应2转化的CO2随温度的升高而减少
D．220～280 ℃时，反应1的速率高于反应2的速率
3．(2023·南京市、盐城市高三年级模拟考试)以乙炔和1,2-二氯乙烷为原料生产氯乙烯包括如下反应：
反应Ⅰ：ClCH2CH2Cl(g)―→HCl(g)＋CH2===CHCl(g) ΔH1＝＋69.7 kJ·mol－1
反应Ⅱ：HC≡CH(g)＋HCl(g)―→CH2===CHCl(g) ΔH2＝－98.8 kJ·mol－1
1．0×105 Pa条件下，分别用下表三种方式进行投料，不同温度下反应达到平衡时相关数据如图所示。
方式 气体投料 平衡时相关数据
甲 ClCH2CH2Cl ClCH2CH2Cl转化率
乙 n(HC≡CH)∶n(HCl)＝1∶1 HC≡CH转化率
丙 n(ClCH2CH2Cl)∶n(HC≡CH)＝1∶1 CH2==CHCl产率
下列说法不正确的是( )
A．反应ClCH2CH2Cl(g)＋HC≡CH(g)―→2CH2==CHCl(g)的ΔH＝－29.1 kJ·mol －1
B．曲线①表示平衡时ClCH2CH2Cl转化率随温度的变化
C．按方式丙投料，其他条件不变，移去部分CH2==CHCl可能使CH2==CHCl的产率从X点的值升至Y点的值
D．在催化剂作用下按方式丙投料，反应达到平衡时CH2==CHCl的产率(图中Z点)低于X点的原因可能是催化剂活性降低
4．(2023·江苏高三大联考)燃油汽车工作时发生如下反应：
反应①：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH1＞0
反应②：2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH2
某研究团队在不同温度且装有Ag-ZSM催化剂的密闭容器中分别进行实验。
实验Ⅰ 将一定量NO(g)置于密闭容器中；
实验Ⅱ 将n(NO)∶n(CO)＝1∶1的混合气体置于密闭容器中。
反应相同时间后，分别测得不同温度下NO和CO的转化率如图所示。下列说法正确的是( )
A．反应①的ΔS＞0
B．实验Ⅰ中，温度超过775 K，NO的转化率降低，根本原因是Ag-ZSM失去活性
C．实验Ⅱ中，温度越高，CO的转化率越大，说明ΔH2＞0
D．高效去除汽车尾气中的NO，需研发常温下NO转化率高的催化剂
5．(2023·江苏省盐城中学高三第二次模拟考试)为探究合成气制甲醇过程中催化剂中毒的原因，将模拟合成气(CO、CO2和H2按一定比例混合)以一定流速分别通过三份铜基催化剂，其中一份做空白实验，两份强制中毒(分别预先吸附H2S和SO2，吸附反应后催化剂中硫元素的质量分数相等)。在一定温度下，总碳(CO、CO2)转化率、生成CH3OH的选择性与反应时间的关系如图所示。
已知：生成CH3OH的选择性＝×100%。
合成气制甲醇的主要反应为反应Ⅰ CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH1＝－90.8 kJ·mol－1
反应Ⅱ CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2＝－49.5 kJ·mol－1
副反应：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)，CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g)，2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)。
下列说法正确的是( )
A．实验条件下，三个副反应的ΔH均小于0
B．空白实验时，若其他条件不变，升高温度，总碳转化率一定减小
C．相同条件下，SO2对催化剂的毒害作用大于H2S
D．为提高生成CH3OH的选择性，可研发不与含硫物反应的催化剂
6．(2023·江苏省徐州市高三考前模拟)CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一，该重整反应体系主要涉及以下反应，且1 300 K以上会产生积碳现象。
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝＋274.6 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3(该反应只在高温下自发)
在一定压强和催化剂的条件下，将等物质的量的CO2和CH4通入重整反应器中，平衡时，CO2、CH4的物质的量分数及转化率随温度变化的关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A．ΔH3＜0
B．加入催化剂，可提高CH4的平衡转化率
C．平衡时CO2的物质的量分数随温度变化的曲线是b
D．温度高于1 300 K后，曲线d超过曲线c的可能原因是升高温度有利于反应Ⅲ进行，导致CH4的转化率大于CO2的转化率
7．(2023·江苏省盐城市五校高三下学期联考)CO2还原为甲醇是人工合成淀粉的第一步。CO2催化加氢主要反应：
反应Ⅰ CO2(g)＋ 3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.4 kJ·mol－1
反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋ H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
压强分别为p1、p2时，将＝1∶3的混合气体置于密闭容器中反应，不同温度下体系中CO2的平衡转化率和CH3OH、CO的选择性如图所示。CH3OH(或CO)的选择性＝。
下列说法正确的是( )
A．相同温度下，反应Ⅰ、Ⅱ 的平衡常数：K(Ⅰ)＞K(Ⅱ)
B．曲线③、④表示CO的选择性，且p1＞p2
C．保持恒压恒温下充入氦气不影响CO2的转化率
D．保持反应温度不变，使CO2的平衡转化率达到x点，改变的条件可能是增大或增大压强
8．(2023·江苏省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
题型强化练十二 多平衡体系图像的分析应用
1．D [已知反应Ⅱ是正反应为气体体积增大的反应，即增大压强，平衡逆向移动，则同温下压强越大，越小，结合题干图示信息可知，压强大小：p1＜p2，A错误；由题干图示信息可知，压强相同的情况下，升高温度，反应Ⅰ的减小，说明升高温度，反应Ⅰ的平衡正向移动，则正反应是一个吸热反应，即在如图所示条件下，反应Ⅰ可表示为ZnO(s)＋CO(g)Zn(s)＋CO2(g) ΔH＞0，B错误；由题干图示信息可知，选择反应Ⅱ的小于反应Ⅰ的条件，将C与ZnO置于同一密闭容器中，此时反应Ⅰ的平衡常数为K＝在0.1～10左右，平衡常数很小，即碳热还原氧化锌反应不能顺利进行，C错误；一定条件下将C与ZnO置于同一密闭容器中反应，当＜1时，增大的值，即增大C的用量，促使进行反应Ⅱ，故可减少平衡时气体中CO2的含量，D正确。]
2．D [根据盖斯定律，反应1－反应2得到CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH＝－49.5 kJ·
mol－1－41.2 kJ·mol－1＝－90.7 kJ·mol－1，故A错误；由图可知，280 ℃时，出口处CH3OH选择性的实验值等于CO2转化率的平衡值，而CO2转化率的实验值又大于CH3OH选择性的平衡值，出口处CH3OH的体积＝起始CO2的体积×CO2的转化率×CH3OH的选择性，所以CH3OH的体积分数的实验值大于平衡值，故B错误；反应1为放热反应，升高温度反应1逆向移动，CH3OH的选择性随温度升高而降低，则220～240 ℃时，CO2的平衡转化率随温度升高而降低，原因是反应1转化的CO2随温度的升高而减少，故C错误；根据B项分析，CH3OH的体积分数的实验值大于平衡值，说明反应1的速率高于反应2的速率，故D正确。]
3．D
4．A [由题意知，实验Ⅰ是反应①的逆反应，实验Ⅱ是反应②的正反应，图中CO的转化率也可以表示反应②中NO的转化率。由于反应①是燃油汽车发动机中的自发反应，根据反应①ΔH1＞0的信息可推知，该反应的ΔS＞0，A正确；继续利用反应①ΔH1＞0的信息，可以推知实验Ⅰ发生的是放热反应，从平衡转化率的角度考虑，高温不利于反应物的转化，温度超过775 K后，NO的转化率降低，可能是高温下NO分解反应的平衡常数小的原因，不一定是催化剂失活造成的反应速率问题，B错误；实验Ⅱ中CO的转化率一直升高，可能是温度和催化剂的共同作用加快了化学反应速率，使单位时间内原料的转化率明显提升，无法由此判断该反应的热效应，C错误；处理汽车尾气需要考虑尾气形成时的工作温度，不能先排放再处理，所以研发的催化剂不应该在常温下，D错误。]
5．D [反应CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)，根据盖斯定律可由反应Ⅱ－Ⅰ得到，则ΔH＝－49.5 kJ·mol－1－(－90.8 kJ·mol－1)＝＋41.3 kJ·mol－1，故A错误；因副反应中有吸热反应，故升高温度，总碳转化率不一定减小，故B错误；由图像可知，空白实验时，总碳转化率和甲醇选择性都比含硫催化剂高，故为提高生成CH3OH的选择性，可研发不与含硫物反应的催化剂，故D正确。]
6．D [反应Ⅲ的气体分子数增大即ΔS＞0，该反应只在高温下自发，该反应为吸热反应，则ΔH3＞0，故A错误；加入催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，不能提高CH4的平衡转化率，故B错误；CO2、CH4物质的量分数均随温度升高减小，低温时反应Ⅲ不发生，只发生反应Ⅰ和Ⅱ，所以二氧化碳的物质的量分数小于甲烷的物质的量分数，平衡时CO2的物质的量分数随温度变化的曲线是a，故C错误；曲线c、d分别代表CO2和CH4的转化率曲线，温度高于1 300 K后，升高温度有利于积碳反应的进行，导致CH4的转化率大于CO2，故D正确。]
7．B [温度较高时，以反应Ⅱ为主，当CO的选择性更大时，反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数为K(Ⅰ)＜K(Ⅱ)，A项错误；反应Ⅰ放热，反应Ⅱ吸热，温度升高，反应Ⅰ逆向进行，反应Ⅱ正向进行，可知曲线③、④表示CO的选择性，相同温度时压强越大，越有利于反应Ⅰ进行，CO的选择性越小，则 p1＞p2，B项正确；⑤为CO2的平衡转化率曲线，增大的比值，CO2的平衡转化率减小，D项错误。]
8．B [由分析可知，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；随着的不断增加，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。]
