06复杂（竞争连续）反应图象解题模型（原卷版）

复杂(竞争、连续)反应图象解题模型一定条件下某些化学反应在反应物同时进行着两个或两个以上的不同反应,不是只有生成一个我们想要的物质,还生成我们不想要的物质,通常叫它为副产物,这个生成我们不想要的物质的反应我们叫它为副反应,。此类题往往涉及多变量图象题，是高考考查的一个方向和趋势，它是指在一个图上存在多个变量的图象，此类题的特点是：一方面信息量大，考查了读图能力；另一方面多变量的存在，考查了分析推理能力，在新课标高考中受到命题者的青睐。【例1】(2023·江苏省泰州调研)CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程发生下列反应：反应I：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=58.6kJ·mol1反应II：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)△H=41.2kJ·mol10.5MPa下，将n(H2)：n(CO2)=3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[×100%]以及CH3OH的收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是()A．CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=99.8kJ·mol1B．曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化C．图中所示270℃时，对应CO2的转化率为21%D．在210℃~250℃之间，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致【答案】C【分析】【解析】A项，CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)反应的反应热：(58.641.2)kJ/mol=99.8kJ/mol，A错误；B项，根据分析，曲线a代表CO的选择性随温度的变化，B错误；C项，图中所示270℃时，CO的选择性为70%，则甲醇的选择性为30%，故CO2的转化率为：，C正确；D项，在210℃~250℃之间，反应I未达平衡，CH3OH的收率增大是由于温度升高，生成CH3OH的反应速率增大导致，D错误；故选C。【例2】(2022•山东卷)利用丁内酯(BL)制备1，丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题：(1)以或BD为初始原料，在、的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热XkJ；以BD为原料，体系从环境吸热YkJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH(493K，3.0×103kPa)=_______kJ·mol1。(2)初始条件同上。xi表示某物种i的物质的量与除H2外其它各物种总物质的量之比，xBL和xBD随时间t变化关系如图甲所示。实验测得X，则图中表示xBL变化的曲线是_______；反应Ⅰ平衡常数Kp=_______kPa2(保留两位有效数字)。以BL为原料时，t1时刻xH2O_______，BD产率=_______(保留两位有效数字)。(3)为达平衡时与的比值。(493K，2.5×103kPa)、(493K，3.5×103kPa)、(513K，2.5×103kPa)三种条件下，以5.0×103molBL为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压H2氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中，最大的是_______(填代号)；与曲线b相比，曲线c达到所需时间更长，原因是_______。【答案】(1)200(X+Y)(2)a或c

8.3×108

0.08

39%(3)c

由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，增大，故=1.0所需时间更长【解析】(1)根据题意，结合已知信息，可确定在同温同压下，以同物质的量的BL或BD为初始原料，达到平衡时的状态相同，两个平衡完全等效。则以5.0×103mol的BL为原料，达到平衡时放出XkJ热量与同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收YkJ热量的能量二者能量差值为(X+Y)kJ，则1mol时二者能量差值为200(X+Y)kJ，反应I为放热反应，因此焓变ΔH=200(X+Y)kJ·mol1。(2)实验测定X<Y，则达到平衡时BD物质转化量大于BL物质转化量，平衡状态BD物质的量较小，根据图示可知，表示xBL变化的曲线是a或c；该平衡状态下BL的分压是0.48×3.0×103kPa，BD的分压是0.36×3.0×103kPa，H2的压强近似等于总压，故反应I平衡常数Kp==Kpa2=8.3×108kPa2；以BL为原料时，根据题给反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，体系总物质的量的增加量正好是BD参与反应Ⅱ、Ⅲ的量，也正好是H2O(g)的物质的量，设t1时BL转化了amol，BD转化了bmol，则体系总物质的量为(5.0×103+b)mol，得到、，求得a=、b=，则t1时刻=0.08；此时BD的产率为39%。(3)依题意，反应I是正向放热过程，以BL为初始原料，温度升高则平衡逆向移动，温度越高，反应速率越快，达到平衡时的时间越短，越小，的值越大；相同温度时，压强增大，BD的比重增大，增大，又可忽略压强对反应速率的影响，则最大即最小，对应曲线c；由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，增大，故=1.0所需时间更长。对于ΔH＜0反应，其它条件不变时，相同时间(或一段时间)反应物转化率或的产率，随温度或压强改变，出现倒U型变化曲线，分析方法如下：1．(2023届·江苏省百校联考高三第一次考试)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：反应①：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=49.5kJ•mol1反应②：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH=41.2kJ•mol1在0.5MPa条件下，将n(CO2)∶n(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、CH3OH的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。下列有关说法正确的是()A．图中曲线②表示CH3OH的选择性随温度的变化B．一定温度下，增大起始n(CO2)∶n(H2)的比值，可提高H2的平衡转化率C．升高温度时，CO的选择性降低D．一定温度下，选用高效催化剂可提高CH3OH的平衡产率2．(2022·河北省秦皇岛市二模)在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，除主反应(反应Ⅰ)外，还会发生副反应(反应Ⅱ)。反应Ⅰ：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)K反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)一定压强下，向某容积可变的密闭容器中通入CO2和H2的混合气体(其中CO2和H2的物质的量之比为1∶4)，在某催化剂的作用下同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，测得CO2的转化率、CH4的选择性、CO的选择性随反应温度的变化情况如图所示。已知：CH4或CO的选择性指反应生成CH4或CO时所消耗的CO2的物质的量占参与反应的CO2总物质的量的百分比。下列说法正确的是()A．相同温度下，反应2CO(g)+2H2(g)CO2(g)+CH4(g)的平衡常数B．温度升高，反应Ⅰ的平衡常数K和反应Ⅱ的平衡常数都增大C．通过控制反应温度、调节压强等措施可提高CH4的选择性D．500℃时，反应达到平衡后，增大压强，体系中CO和CH4的体积分数均减小3．(2022·江苏省南通市高三阶段检测)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：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)△H1=+135.4kJ·mol1反应Ⅱ：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)△H2=+106.0kJ·mol1一定条件下，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(α，图中实线表示)和HCOOCH3的选择性(λ，图中虚线表示)随温度变化如图所示。(已知：HCOOCH3的选择性=)，下列说法正确的是()A．温度超过553K后，反应I平衡逆向移动B．553K下，HCOOCH3的产量为0.1molC．反应Ⅲ：HCOOCH3(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH3=+76.6kJ·mol1D．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4．(2022·北京市东城区一模)CH4联合H2O和CO2制取H2时，发生的主要反应如下：①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H1=+206kJ·mol1②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)△H2=+247kJ·mol1将CH4、H2O和CO2按一定比例通入填充有催化剂的恒容反应器，在不同温度下，反应相同时间内(反应均未达到化学平衡状态)测得的值如图所示。下列说法正确的是()A．由①②可知，CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=+41kJ·mol1B．反应条件不变，若反应足够长时间，①比②先达到化学平衡状态C．其他条件不变时，升高温度，①的化学反应速率减小，②的化学反应速率增大D．其他条件不变时，增大原料中H2O的浓度可以提高产物中的值5．(2023·江苏省常州市高三统考)利用CO2—CH4超干法重整制合成气(CO＋H2)，主要反应如下。反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)；ΔH1＝＋247kJ·mol－1。反应Ⅱ：CH4(g)＋3CO2(g)⇌4CO(g)＋2H2O(g)；ΔH2＝＋330kJ·mol－1。反应Ⅲ：CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)；ΔH3＝－41kJ·mol－1。恒压条件下，n始(CO2)∶n始(CH4)＝3．3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2、CH4、CO、H2的体积分数和CH4的还原能力随温度的变化如图所示。已知：工业上将干重整反应中CH4的还原能力(MRC)定义为一个CH4分子消耗的CO2分子的数量。数量越大，还原能力越强。下列说法正确的是()A．反应Ⅱ的平衡常数为K＝B．图中曲线X表示平衡时H2的体积分数随温度的变化C．温度在600～1000℃间，升高温度对反应Ⅰ的影响程度大于反应ⅡD．其他条件不变，增大压强或选择合适的催化剂均能提高CO的平衡产率6．(2023·江苏省苏州市高三统测)乙醇水蒸气重整释氢过程中主要反应的热化学方程式为：反应Ⅰ：

反应Ⅱ：

反应Ⅲ：

以H2O和C2H5OH为原料气，通过装有催化剂的反应器，反应相同时间，乙醇转化率、、、CO2选择性随温度变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是()A．向乙醇水蒸气重整反应体系中通入适量O2，可以为重整反应提供热量B．其他条件不变，升高温度乙醇的平衡转化率增大C．300～450℃时，随温度升高，H2的产率增大D．增加原料气中水的比例，可以增大CO的选择性7．(2023·江苏省高三统考)甲烷湿空气自热重整制H2过程中零耗能是该方法的一个重要优点，原理如下：反应Ⅰ：

反应Ⅱ：

反应Ⅲ：

在、按(空气)的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，CH4、O2的转化率及CO、CO2的选择性[CO的选择性％]与温度的关系如题图所示。下列说法错误的是()A．图中曲线②表示O2的转化率随温度的变化关系B．由图可知，温度升高，CO选择性增大C．975K时，改用高效催化剂能提高平衡时CO2的选择性D．其他条件不变，增大的值可提高CH4的转化率8．(2022·辽宁省高三模拟预测)我国科学家成功开发Pd—Fe/Fe2O3催化剂在低温条件下高选择性合成高纯度的乙烯，化学原理如下：主反应：C2H2(g)+H2(g)C2H4(g)△H1副反应：C2H2(g)+2H2(g)C2H6(g)△H2(1)已知：A．几种共价键的键能如下表所示：共价键HCHHC=CC≡C键能/(kJ·mol1)413.4436615812B．C2H2(g)、H2(g)、C2H6(g)的燃烧热△H分别为1299.6kJ·mol1、285.8kJ·mol1、1559.8kJ·mol1。则△H1=_______kJ·mol1；乙烯加氢生成乙烷的热化学方程式是_______。(2)在刚性密闭容器中充入一定量的C2H2(g)和H2(g)，发生反应：C2H2(g)+H2(g)C2H4(g)。其他条件相同，在Cat1、Cat2两种催化剂作用下，反应相同时间时C2H2的转化率与温度的关系如图1所示。①催化效率较高的是_______(填“Cat1”或“Cat2”)；b点_______(填“达到”或“未达到”)平衡。②温度高于300℃，升高温度，b→c的原因可能是_______(答1条即可)。(3)在密闭容器中充入1molC2H2和2molH2，发生上述两个反应，测得C2H2平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示。在T0K、20kPa下C2H4的选择性等于[C2H4选择性=]。p0_______20kPa(填“＞”、“＜”或“=”)。T0K下，主反应的平衡常数Kp=_______kPa1(Kp为用气体分压计算的平衡常数，气体分压等于气体总压×物质的量分数)。(4)在恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C2H2)：p(H2)=1：1的混合气体，已知某反应条件下只发生如下反应(k1、k2为速率常数)：主反应：C2H2(g)+H2(g)=C2H4(g)

k1副反应：C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)

k2实验测得乙烯的净生成速率方程为v(C2H4)=k1p(C2H2)·p(H2)k2p(C2H4)，可推测乙烯的浓度随时间的变化趋势为_______，其理由是_______。9．(2023届·河南·商丘市第一高级中学高三阶段练习)乙烯年产量的高低是衡量一个国家石油化工发展水平的一个极为重要的指标，乙烷裂解制乙烯具有极高的经济效益。回答下列问题：(1)已知：①2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(l)△H1=3120kJ·mol1；②C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)△H2=1411kJ·mol1；③2H2(g)+O2(g)2H2O(l)△H3=566kJ·mol1△H2=1411kJ·mol1。乙烷脱氢制备乙烯的热化学方程式为_____；生产中会间断性地向容器中通入适量O2，使其发生反应2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)△H<0，发生此反应的意义是____。(2)一定条件下，向某密闭容器中通入4mol乙烷，使其发生脱氢转化为乙烯，测得乙烯产率随着温度、压强的变化如图1所示：①X表示_____(填“温度”或“压强”)，Y1_____(填“>”或“<”)Y2。②与A点对应的反应中，若容器容积为2L，反应开始到恰好达到平衡状态所用时间为5min，则0~5min内，用浓度C2H6变化表示的平均反应速率v(C2H6)=_____，此温度下，平衡常数K=_____mol·L1，A、B两点对应的平衡常数K(A)_____(填“>”“=”或“<”)K(B)。(3)在800℃时乙烷、O2混合后发生的主要反应为2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)，测得乙烷的转化率、乙烯的选择性