2020版高三化学一轮复习试题调研： 化学基本理论 - 平衡状态和平衡移动

2020版高三化学一轮复习试题调研： 化学基本理论——平衡状态和平衡移动

考法二 化学平衡移动原理在化工生产中的应用

[典例2] (2016·全国卷Ⅱ节选)丙烯腈(CH2===CHCN)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(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)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(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：

3－1

①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝－515 kJ·mol

2②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353 kJ·mol

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 C．副反应增多

B．平衡常数变大 D．反应活化能增大

－1

[解析] (1)由题给生成丙烯腈的热化学方程式①可知其反应的特点：正反应为放热反应，正反应方向是气体物质的量增加的反应；故降低温度或降低压强，平衡均向正反应方向移动，有利于提高丙烯腈的平衡产率。

在化工生产中由于此反应会伴随副反应发生，为提高丙烯腈反应的选择性，使用合适催化剂十分重要。

(2)由图(a)可知，低于460 ℃时丙烯腈的产率随温度的升高而增大，高于460 ℃时丙烯腈的产率随温度的升高而降低，当460 ℃时丙烯腈的产率最高，而根据反应①可知反应放热，其丙烯腈的产率理应随着温度的升高而降低。图(a)展示的产率变化与反应①应该呈现的产率变化相矛盾的原因是低于460 ℃时，图(a)中呈现的产率变化是未达到平衡时的产率变化，当460 ℃时达到平衡，高于460 ℃时呈现的产率变化才是平衡产率。

[答案] (1)降低温度、降低压强 催化剂

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(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

[备考方略] 化工生产适宜条件选择的一般原则

条件 从化学反应速率分析 从化学平衡移动分析 既不能过快，又不能太慢 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 如设备承受高温、高压能力等 注意催化剂的活性对温度的限制 原则 从原料的利用率分析 从实际生产能力分析 从催化剂的使用活性分析 [对点练3] 工业上利用焦炭与水蒸气生产H2的反应原理为C(s)＋H2O(g)＋H2(g) ΔH＞0；CO(g)＋H2O(g)

CO(g)

CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0；第二步生产的原料CO来源

于第一步的产物。为提高原料的利用率及H2的日产量，下列措施中不可取的是( )

①第一步产生的混合气直接作为第二步的反应物 ②第二步生产应采用适当的温度和催化剂 ③第一、二步生产中均充入足量水蒸气 ④第二步应在低温下进行 ⑤第二步生产采用高压 ⑥第二步生产中增大CO的浓度 A．①③⑤ C．②③⑤

B．②④⑥ D．①④⑤⑥

解析：选D 第一步产生的H2使第二步的平衡逆向移动，故应先进行分离，①错误；第二步反应为放热反应，温度过低，反应速率太小而影响H2的日产量，温度过高则平衡逆向移动，且要考虑催化剂的活性，故应选择适当的温度和催化剂，故②正确、④错误；增大廉价易得的水蒸气浓度可提高焦炭的利用率，③正确；压强对第二步反应无影响，不必采取高压，⑤错误；增大CO浓度并未提高主要原材料焦炭的利用率，⑥错误。

[对点练4] 化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。

(1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g) ΔH＞0 Ⅰ

如图所示，反应Ⅰ在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________T2(填“＞”“＜”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是________。

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(2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)

CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH________0(填“＞”或“＜”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×10 kPa左右，选择此压强的理由是____________

__________________________________________________________

____________________________________________________________________________。

解析：(1)由题意可知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS2

＋2I2

TaI4＋S2，②TaI4＋S2

TaS2＋2I2，即反应Ⅰ先在温度T2端正向进行，后在温度

4

T1端逆向进行，反应Ⅰ的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的物质是I2。

(2)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH＜0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在1.3×10 kPa下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。

答案：(1)＜ I2

(2)＜ 在1.3×10 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失

[课时检测] 1．(2019·沈阳段考)下列内容与结论不对应的是( ) 选项 A B C D 解析：选A H2O(g)变成H2O(l)，气体总分子数减小，则有ΔS＜0，A符合题意。硝酸铵溶于水是一个可自发进行的吸热过程，硝酸铵发生电离：NH4NO3===NH4＋NO3，自由移动的离子数目增多，则有ΔS＞0，B不符合题意。若一个反应的ΔH＞0，ΔS＜0，则有ΔH－TΔS＞0，则该反应一定不能自发进行，C不符合题意。反应H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＜0、ΔS＞0，则有ΔH－TΔS＜0，该反应在任何温度下均可自发进行，D不符合题意。

2．下列事实能用勒夏特列原理来解释的是( )

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＋

－

4

4

内容 H2O(g)变成H2O(l) 硝酸铵溶于水可自发进行 一个反应的ΔH＞0、ΔS＜0 H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol、ΔS＝8 J·mol·K －1－1－1结论 该过程的ΔS＞0 因为ΔS＞0 该反应一定不能自发进行 该反应在任何温度下均可自发进行 2020版高三化学一轮复习试题调研： 化学基本理论——平衡状态和平衡移动

A．SO2氧化为SO3，往往需要使用催化剂 2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)

B．500 ℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应 N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g) ΔH<0

C．H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色加深 H2(g)＋I2(g)

2HI(g)

D．实验室采用排饱和食盐水的方法收集氯气 Cl2＋H2O

H＋Cl＋HClO

＋

－

解析：选D 加入催化剂有利于加快反应速率，但不会引起平衡移动，不能用勒夏特列原理解释，A错误；合成氨的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，500 ℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应，是从反应速率不能太低和催化剂的活性两方面考虑，不能用勒夏特列原理解释，B错误；在反应H2(g)＋I2(g)

2HI(g)平衡状态下，增大压强，浓度

增加，颜色加深，平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释，C错误；氯气和水的反应是可逆反应，饱和食盐水中氯离子浓度大，化学平衡逆向进行，减小氯气溶解度，实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气，能用勒夏特列原理解释，D正确。

3．(2019·湖北八校联考)已知X(g)＋Y(g)

2Z(g) ΔH＜0。

反应发生后，t1时达到平衡，t2时改变条件，t3时达到新平衡，则t2时改变的条件可能是( )

A．升高温度 C．增大压强

B．减小Z的浓度 D．增大X或Y的浓度

解析：选A 由题图可知，t2时改变条件，X或Y的浓度逐渐增大，Z的浓度逐渐减小，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，X和Y的浓度增大，Z的浓度减小，A符合题意。减小Z的浓度，平衡正向移动，X、Y的浓度逐渐减小，B不符合题意。增大压强，平衡不移动，但容器的体积缩小，X、Y、Z的浓度均增大，C不符合题意。增大X或Y的浓度，平衡正向移动，则Z的浓度增大，D不符合题意。

4．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)化学平衡的是( )

A．2v(NH3)＝v(CO2)

B．密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1 C．密闭容器中混合气体的密度不变 D．密闭容器中氨气的体积分数不变

解析：选C 该反应为有固体参与的非等体积反应，且容器体积不变，所以压强、密度均可作化学反应是否达到平衡状态的标志，该题应特别注意D项，因为该反应为固体的分解

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2NH3(g)＋CO2(g)。判断该分解反应已经达到