高考化学全国卷有关转化率和产率的试题分析

高考化学全国卷有关转化率和产率的试题分析

刘涛

山东省枣庄市第四中学 山东枣庄 277000

E-mail：liutao20130501@163.com

摘要

纵观近几年高考化学全国卷试题，其中关于转化率和产率的考查较为频繁，并且主要以 字叙述题的形式呈现，结合已经出现的高考试题，认真细致的分析了试题的考查方式，并详细总结了这类考题的答题技巧和策略。

关键词

高考；化学；转化率；产率；试题分析

字叙述题是高考化学试卷中的一种常见题目，主要考查学生提炼题目信息并综合利用已学知识来解决问题的能力，是学生较为头疼的题目。主要表现在知道大概意思，但在组织语言时不够准确和规范，易造成不必要的失分。还有就是不能很好的提取题目所给信息，导致思考问题的方向不对，最终不得分。笔者主要从涉及转化率和产率的 字叙述题着手，总结了近几年全国卷中这类题目的考查方式和答题策略。

1

考查方式

1.1

2013年全国新课标卷Ⅰ--28题（节选）

二甲醚（CH3OCH3）是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气（组成为氢气、一氧化碳和少量的二氧化碳）直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：

甲醇合成反应：

(ⅰ)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1= - 90.1 kJ·mol-1

(ii)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △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)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H4=- 24.5 kJ·mol-1

回答下列问题：

（2）分析二甲醚合成反应（iv）对于一氧化碳转化率的影响_________。

（3）由氢气和一氧化碳直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)，根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响___________。

（4）有研究者在催化剂（含铜一锌一铝一氧和三氧化二铝)、压强为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（见图1）所示。其中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关系图

1.1.1 试题解析

（2）与一氧化碳转化有关的反应有反应(ⅰ)、反应(ⅲ)，这两个反应中的甲醇、水又出现在反应(ⅳ)中，故当反应(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)中生成较多的水时，能促使反应(ⅲ)向右进行，提高一氧化碳转化率。（3）直接制备二甲醚的反应为气态物质系数减小的反应，增大压强，平衡右移，二甲醚的产率增加，同时压强增大使反应物浓度增大，反应速率也会加快。（4）由于一氧化碳与氢气直接制备二甲醚的反应是一个放热反应，因此温度升高，反应向逆反应方向移动，从而使一氧化碳的转化率降低。

1.1.2 试题答案

（2）消耗甲醇，促进甲醇合成反应(i)平衡右移，一氧化碳转化率增大；生成的水，通过水煤气变换反应(iii) 消耗部分一氧化碳。（3）该反应为气态物质系数减小的反应，压强升高，平衡右移，二甲醚的产率增加，同时压强增大使反应物浓度增大，反应速率也会加快。（4）反应放热，温度升高，平衡左移。

1.2

2014年全国新课标卷Ⅰ--28题（节选）

乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。回答下列问题：

（2）已知：

甲醇脱水反应2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H1=- 23.9 kJ·mol-1

甲醇制烯烃反应2CH3OH(g)＝C2H4(g)＋2H2O(g) △H2= - 29.1 kJ·mol-1

乙醇异构化反应C2H5OH(g)＝CH3OCH3(g)) △H3= + 50.7 kJ·mol-1

则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)＋H2O(g)＝C2H5OH(g)的△H＝____________ kJ·mol-1。

（3）下图（见图2）为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系（其中n(H2O):n(C2H4)=1︰1）。

图2 乙烯平衡转化率与温度、压强关系图

②图中压强（p1、p2、p3、p4）的大小顺序为_____________，理由是_____________。

③气相直接水合法常采用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290℃，压强6.9MPa，n(H2O):n(C2H4) =0.6︰1，乙烯的转化率为5％，若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有___________________、________________。

1.2.1 试题解析

（3）②在相同的温度下,由于乙烯的是平衡转化率是p1<p2<p3<p4；由方程式C2H4(g)＋H2O(g)＝C2H5OH(g)可知，该反应的正反应是气态物质系数减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率提高，因此压强关系是：p1<p2< p3<p4。③若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有改变物质的浓度，如从平衡体系中将产物乙醇分离出去，或增大水蒸气的浓度，改变二者的物质的量的比等等。

1.2.2 试题答案

（2）- 45.5（3）②p1<p2< p3<p4 ；该反应是气态物质系数减小的反应，相同温度下，增大压强，乙烯转化率提高 ③将产物乙醇液化转移出去，增加n(H2O):n(C2H4)的比。

1.3

2016年全国新课标卷Ⅱ--27题

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：

①C3H6(g)+NH3(g)+3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g) △H= - 515 kJ·mol-1

②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g) △H= - 353 kJ·mol-1

有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________________；

（2）图（a）（见图3）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”或者“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．副反应增多 D．反应活化能增大

图3 产率与温度关系图

图4 产率与n（氨）/n（丙烯）关系图

（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）/n（丙烯）的关系如图（b）（见图4）所示。由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为____________，理由是____________。

1.3.1 试题解析

（1）该反应为气态物质系数增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率。（2）因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应刚开始进行，尚未达到平衡状态。460℃以前是建立平衡的过程，所以低于460℃时，丙烯腈的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。A．催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确；B．因为反应放热，升高温度，平衡常数减小，不可能变大，错误；C．根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确；D．反应活化能的大小不影响平衡，错误；答案选AC。（3）根据图像可知，当n（氨）/n（丙烯）约为1时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低。

1.3.2 试题答案

（1）降低温度、降低压强。（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；该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低。

1.4

2017年全国新课标卷Ⅱ--27题

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（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：②C4H10(g)+1/2O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) △H2= - 119 kJ·mol-1

③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H3= - 242kJ·mol-1

反应①的△H1为____________ kJ·mol-1。图（a）（见图5）是反应①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 C．增大压强 D．降低压强

图5 平衡转化率与温度、压强关系图

（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）（见图6）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__________________________________。

图6 丁烯产率与n（氢气）/n（丁烷）关系图

图7 产率与温度关系图

（3）图（c）（见图7）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__________________。

1.4.1 试题解析

（1）由盖斯定律可知，反应①为吸热反应，又是气态物质系数增大的反应，压强减小，平衡向正反应方向移动，转化率增大。由图（a）可知，相同温度下，x MPa时丁烯的平衡转化率较0.1MPa时高，因此x小于0.1。欲使丁烯的平衡产率提高，应使平衡向正反应方向移动，可以升高温度或降低压强，选AD。（2）丁烯产率先升高后降低，氢气作为产物之一，增加氢气的物质的量，逆反应速率加快，产率降低。（3）丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大，从平衡的角度，反应吸热，升高温度平衡向正反应方向移动，因此产率升高；从速率的角度，升高温度化学反应速率加快。590℃之后，丁烯产率快速降低，用平衡无法解释，这时可以考虑速率，比如催化剂活性降低，在没有其他信息的情况下，这是一个可能的原因。从图像来看，随温度升高，副产物增多，且 字叙述中提到副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类，由此可见，丁烯高温裂解生成短碳链烃才是产率降低的主要原因。

1.4.2 试题答案

（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碳链烃类。

2

答题策略

2.1 反应物的平衡转化率

改变温度或压强，若平衡向正反应方向移动，平衡转化率增大，反之减小。对于两种或两种以上的反应物，若增加某种反应物的浓度，该反应物平衡转化率降低，其余反应物平衡转化率增大，若减小某种反应物的浓度，该反应物平衡转化率增大，其余反应物平衡转化率降低[1]。对于一种反应物，增加反应物浓度，若气态物质系数不变，平衡转化率不变；若气态物质系数增大，平衡转化率降低；若气态物质系数减小，平衡转化率增大。

2.2 生成物的产率

有两种情况：第一种是平衡产率，既然是平衡产率，那么只与平衡有关，分析方式类似于平衡转化率，比如改变温度或压强，若平衡向正反应方向移动，平衡产率增大，反之减小。第二种只说产率，那就不一定是平衡产率，这时产率的变化可能与平衡移动有关，也可能与化学反应速率有关。若分析产率增大的原因，可能是条件改变平衡向正反应方向移动；也可能是尚未到达平衡，正在向正反应方向进行中。若分析产率降低的原因，可能是条件改变平衡向逆反应方向移动；也可能是条件改变导致正反应速率减小，比如温度升高引起催化剂活性降低或者一定条件下副反应增多；也可能是条件改变导致逆反应速率增大；还可能是产物在一定条件下发生副反应而被消耗等。

总的来说，分析这类问题首先要立足基础知识，熟练掌握影响化学反应速率和化学平衡的有关因素。然后结合题目情境，分析图象中隐含的信息。同时联系化学概念、化学原理，做出有效判断。考查这类问题的方式以 字叙述题居多，要重视答卷的准确度和完整性，并将其加工成化学语言，科学、规范、准确的表达出结果显得尤为重要。回答这类问题要遵循两个原则：“有理”——化学原理；“有据”——事实依据。可采取两种方式：“正说”——“直接原因+根本目的”；“反说”——“如果……就……”。另外，在学习过程中要善于归纳和总结，不断积累解题方法和技巧，以便遇到有关问题时能够更好的解决。

参考 献

[1] 王明召，高盘良，王磊，等. 普通高中课程标准实验教科书：化学反应原理（选修）. 4版. 济南：山东科学技术出版社，2011：46.