产率 【高考改革】高考化学全国卷有关转化率和产率的试题分析

高考化学卷中转化率和产率试题分析

刘涛

中国山东省枣庄市枣庄市第四中学277000

电子邮件:liutao20130501@163.com

摘要

近年来，高考国民化学卷中关于转化率和产率的考试频繁，主要以叙事题的形式呈现。本文结合现有高考试题，仔细分析了试题的考试方法，并详细总结了此类试题的答题技巧和策略。

关键字

高考；化学；转化率；产量；测试分析

记叙文是NMET化学试卷中常见的题目，主要考查学生提炼题目信息和综合运用所学知识解决问题的能力，是学生头疼的问题。主要表现在知道大概意思，但在组织语言上不准确、不规范，容易造成不必要的分数。还有就是题目给出的信息不能很好的提取出来，导致对问题的思考方向错误，最终不得分。笔者主要从转换率和收益率的叙述性题型入手，总结了近年来全国卷对此类题型的考查方法和答题策略。

一个

考试模式

1.1

2013年国家新课程标准第一卷-28题(节选)

二甲醚(CH3OCH3)是一种无色气体，可作为新能源使用。二甲醚由合成气(由氢气、一氧化碳和少量二氧化碳组成)直接制得，主要过程包括以下四个反应:

甲醇合成反应:

(ⅰ)一氧化碳(克)+氢气(克)=甲醇(克)△H1= - 90.1千焦·摩尔-1

(二)CO2(克)+3H2(克)=CH3OH(克)+H2O(克)△H2 =-49.0 kJ·mol-1

水煤气变换反应:(ⅲ)co(g)+H2O(g)= CO2(g)+H2(g)△H3 =-41.1 kj·mol-1

二甲醚合成反应:(ⅳ)2ch 3oh(g)= ch3o ch 3(g)+H2O(g)△H4 =-24.5 kj·mol-1

回答以下问题:

(2)分析二甲醚合成反应(ⅳ)对一氧化碳转化率的影响。

(3)二甲醚由氢气和一氧化碳直接制得(另一种产物是水蒸气)。根据化学反应原理，分析了增压对二甲醚直接制备的影响。

(4)有研究者在催化剂(含铜、锌、铝、氧、氧化铝)和压力为5.0MPa的条件下，由氢气和一氧化碳直接制备二甲醚，结果如图1所示。一氧化碳转化率随温度升高而降低的原因是_ _ _ _ _ _ _ _ _。

图1转化率或产率与温度的关系图

1.1.1试题分析

(2)与一氧化碳转化有关的反应包括反应(I)和反应(III)，这两个反应中的甲醇和水出现在反应(IV)中，因此当反应(IV)消耗甲醇时，有利于反应(I)向右进行，提高一氧化碳转化率。当反应(ⅳ)中产生更多的水时，反应(ⅲ)可以向右推进，一氧化碳转化率可以提高。(3)直接制备二甲醚的反应是气态物质系数降低的反应。当压力增加，平衡向右移动时，二甲醚的产率增加。同时，当压力增加时，反应物浓度增加，反应速率也加快。(4)由于一氧化碳和氢气直接反应制备二甲醚是放热反应，随着温度的升高，反应向反方向移动，从而降低了一氧化碳的转化率。

1.1.2试题答案

(2)消耗甲醇，促进甲醇合成反应(一)平衡向右移动，增加一氧化碳转化率；生成的水通过水煤气变换反应(iii)消耗部分一氧化碳。(3)反应是气态物质的系数降低的反应。随着压力的增加，平衡向右移动，二甲醚的收率增加。同时，随着压力的增加，反应物浓度增加，反应速率也加快。(4)反应放热，温度升高，平衡向左移动。

1.2

2014年国家新课程标准第一卷-28题(节选)

乙醇是一种重要的有机化工原料，可以通过乙烯气相直接水合或间接水合来生产。回答以下问题:

(2)已知:

甲醇脱水反应2ch 3oh(g)= ch3oc 3(g)+H2O(g)△h1 =-23.9 kj·mol-1

甲醇制烯烃的反应为2ch 3oh(g)= C2 H4(g)+2h2o(g)△H2 =-29.1 kj·mol-1

乙醇异构化反应C2 H5 oh(g)= ch3oc 3(g))△H3 =+50.7 kj·mol-1

那么C2H4 (g)+H2O (g) = △ h的C2 H5 oh(g)= _ _ _ _ _ _ kj·mol-1为乙烯在气相中的直接水合反应。

(3)下图(见图2)显示了乙烯的平衡转化率与温度和压力之间的关系(其中n (H2O): n (C2H4) = 1: 1)。

图2乙烯平衡转化率与温度和压力的关系

②在图中，压力(p1，p2，p3，p4)的顺序为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

③气相直接水合法常用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290℃，压力6.9MPa，n(H2O):n(C2 H4)= 0.6 ^ 1，乙烯转化率5%。为了进一步提高乙烯的转化率，除了适当改变反应温度和压力外，还可以采取以下措施。

1.2.1试题分析

(3) (2)在相同温度下，乙烯的平衡转化率为P1

1.2.2试题答案

(2)-45.5(3)②P1 & lt；p2<。p3<。P4；该反应是气态物质的系数降低的反应。在相同温度下，乙烯转化率随着压力的增加而增加。③产物乙醇液化外移，n(H2O):n(C2H4)比值增大。

1.3

2016年国家新课程标准第二卷-27题

丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可通过“丙烯氨氧化”生产。主要副产物是丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)。回答以下问题:

(1)以丙烯、氨和氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)，热化学方程式如下:

①C3 h6(g)+NH3(g)+3/2o 2(g)= C3 h3n(g)+3H2O(g)△H =-515 kJ·mol-1

②C3 h6(g)+O2(g)= C3 h4o(g)+H2O(g)△H =-353 kJ·mol-1

有利于提高丙烯腈平衡收率的反应条件为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；

(2)图(a)(见图3)为丙烯腈收率与反应温度的关系，最高收率对应的温度为460℃。当温度低于460℃时，丙烯腈的产率_ _ _ _ _ _ _ _ _ _(填写“是”或“否”)对应于该温度下的平衡产率，判断理由为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _；当温度高于460℃时，丙烯腈收率下降的可能原因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(双选，填标签)。

A.催化剂活性降低平衡常数增加副反应增加反应活化能增加

图3产量与温度的关系

图4产率与氮(氨)/氮(丙烯)的关系

(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与N(氨)/n(丙烯)之间的关系如图(b)所示(见图4)。从图中可以看出，最佳的N(氨)/n(丙烯)比例约为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

1.3.1试题分析

(1)该反应是一个放热反应，气态物质系数增加，因此降低温度和压力有利于提高丙烯腈的平衡产率。(2)由于反应是放热的，平衡产率应该随着温度的升高而降低，反应刚刚开始，尚未达到平衡状态。在460℃之前，建立了平衡过程，因此460℃以下的丙烯腈收率不是相应温度下的平衡收率。当温度高于460℃时，丙烯腈的收率降低。a .催化剂在一定温度范围内活性高，温度过高活性会降低，这是正确的；b .由于反应放热，温度升高，平衡常数降低，不可能变大，这是错误的；c .根据问题的意思，副产物是丙烯醛，副反应增加导致收率降低，是正确的；d .反应的活化能不影响平衡，这是错误的；答案是AC。(3)根据图像，当N(氨)/n(丙烯)的比例约为1时，丙烯腈的产率最高，而副产物丙烯醛的产率最低。

1.3.2试题答案

(1)降低温度和压力。(2)没有；反应是放热的，平衡产率应该随着温度的升高而降低。空调.(3)1;在该比例下，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率最低。

1.4

2017年国家新课程标准第二卷-27题

丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制得。回答以下问题:

(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:

①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) △H1

已知②C4 H10(g)+1/2 O2(g)= C4 H8(g)+H2O(g)△H2 =-119 kJ·mol-1

③H2(g)+1/2oo 2(g)= H2O(g)△H3 =-242 kj·mol-1

反应①的△H1为_ _ _ _ _ _ _ _ _ kj·mol-1。图(a)(见图5)是反应①的平衡转化率与反应温度和压力的关系，_ _ _ _ _ _ _ _ _ 0.1(填入“大于”或“小于”)；为了提高丁烯的平衡收率，采取的措施是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(填写标签)。

A.升高温度降低温度升高压力降低压力

图5平衡转化率与温度和压力的关系

(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流量通过装有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气体含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)(见图6)显示了进料气体中丁烯产率和n(氢)/n(丁烷)之间的关系。图中曲线呈先增大后减小的变化趋势，减小的原因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

图6丁烯产率与正(氢)/正(丁烷)的关系

图7产率对温度的曲线图

(3)图(c)(见图7)显示了反应产率与反应温度的关系，副产物主要是热解产生的短碳链烃。590℃前丁烯收率随温度升高而增加的原因可能是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；590℃后，丁烯收率迅速下降的主要原因可能是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

1.4.1试题分析

(1)根据Gass定律，反应①是吸热反应，也是气态物质的系数增大，压力降低，平衡向正反应方向移动，转化率增大的反应。从图(a)可以看出，在相同温度下，丁烯在x MPa时的平衡转化率高于在0.1MPa时的平衡转化率，所以x小于0.1。为了提高丁烯的平衡收率，应使平衡向正反应方向移动，可升高温度或降低压力，选择AD。(2)丁烯产量先增加后减少。由于氢气是产物之一，随着氢气量的增加，逆反应速率加快，产率降低。(3)在590℃之前，丁烯的产率随着温度的升高而增加。从平衡角度看，反应吸热，随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，所以产率增加；从速率来看，化学反应速率随着温度的升高而增加。590℃后，丁烯收率迅速下降，这不能用平衡来解释。此时可以考虑速率，如催化剂活性降低，这是没有其他信息的可能原因。从图像上看，随着温度的升高，副产物增多，叙述中提到的副产物主要是热解产生的短碳链烃类。由此可见，丁烯高温热解产生的短碳链烃类是产率下降的主要原因。

1.4.2试题答案

(1)+123;小于；公元200年.(2)氢气是产品之一。随着N(氢)/n(丁烷)的增加，逆反应速率增加。(3)提高温度有利于吸热反应，提高温度加快反应速率。丁烯在高温下裂解产生短碳链烃。

2

回答策略

2.1反应物的平衡转化率

当温度或压力改变时，如果平衡向正反应方向移动，平衡转化率会增加，反之亦然。对于两种或两种以上的反应物，如果某一反应物的浓度增加，则该反应物的平衡转化率会降低，而其他反应物的平衡转化率会升高和降低[1]。对于一种反应物，增加反应物的浓度，如果气态物质的系数不变，则平衡转化率不变；气态物质的系数增大，平衡转化率降低；如果气态物质的系数降低，平衡转化率增加。

2.2产品产量

有两种情况:第一种是均衡收益率，只和均衡有关。分析方法类似于平衡转化率，如改变温度或压力。如果平衡向正反应方向移动，则平衡产率增加，反之亦然。第二个只讲收益率，不一定是均衡收益率。此时，产率的变化可能与平衡偏移或化学反应速率有关。如果分析产率增加的原因，可能是随着条件的变化，平衡向正反应方向移动；也可能是还没有达到平衡，正在向正反应方向发展。如果分析产率下降的原因，可能是条件变化的平衡向反反应方向移动；也可能是正反应速率因条件的变化而降低，如在一定条件下，温度升高或副反应增加导致催化剂活性降低；也有可能是条件的改变导致逆反应速率增加；也可能是产品在一定条件下被副反应消耗掉了。

一般来说，分析这类问题，必须立足于基础知识，掌握影响化学反应速率和化学平衡的因素。然后，结合话题情况，分析图像中隐藏的信息。同时，我们可以根据化学概念和原理做出有效的判断。考察这类问题的方式大多是叙事性问题。尤其重要的是要注意答题卡的准确性和完整性，并将其加工成化学语言，以便科学、规范、准确地表达结果。回答这样的问题有两个原则:“合理性”——化学原理；“证据”——事实依据。可以采用两种方式:“只说”——“直接原因+根本目的”；“反唇相讥”——“如果……”。另外，在学习过程中，要善于归纳总结，不断积累解题方法和技巧，以便更好地解决相关问题。

参考

[1]王，高，，等.普通高中课程标准实验教材:《化学反应原理》(选修). 4版.济南:山东科技出版社，2011: 46。

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