王俊

摘要：近幾年高考試題中關(guān)于轉(zhuǎn)化率的題目較多，而這類題目中對轉(zhuǎn)化率的考查要高于課本，更加接近工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，是學(xué)以致用的典范，通過對一道高考試題的研究，了解轉(zhuǎn)化率考察的方向和深度，給學(xué)生的復(fù)習(xí)指明方向。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)化率；平衡轉(zhuǎn)化率；指揮棒

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2018）06-0103

中學(xué)教材關(guān)于轉(zhuǎn)化率的知識僅有一條，即人教版必修四29頁注釋，對反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率有如下定義：

但是，在實際應(yīng)用和高考試題中對轉(zhuǎn)化率卻有著不同的理解，2018年版《高考理科試題分析——理科綜合分冊》在139頁這樣描述：平衡常數(shù)用來定量描述平衡時反應(yīng)進行的程度，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物等可以表示反應(yīng)在任何時刻進行的程度，而平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率是該反應(yīng)最大的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率。很顯然，教材上的轉(zhuǎn)化率指的是平衡轉(zhuǎn)化率。由于高考題有引導(dǎo)教學(xué)的功能，因此在面對有關(guān)轉(zhuǎn)化率的試題時，一定要分清：是平衡轉(zhuǎn)化率還是某一時刻的轉(zhuǎn)化率，若是平衡轉(zhuǎn)化率就要從影響平衡因素的角度去分析；若是某時刻的轉(zhuǎn)化率就要從影響速率因素的角度去分析。下面筆者以2017年全國2卷27題（節(jié)選）進行說明。

題目：（有改編）丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備。回答下列問題：

（1）正丁烷（C4H10）脫氫制1-丁烯（C4H8）的熱化學(xué)方程式如下：

①C4H10（g）= C4H8（g）+H2（g） ΔH1=+123 kJ·mol-1

圖（a）是反應(yīng)①平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強的關(guān)系圖，x_____0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應(yīng)采取的措施是_______________（填標號）。

A. 升高溫度 B. 降低溫度 C. 增大壓強 D. 降低壓強

（2）丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應(yīng)器（氫氣的作用是活化催化劑），出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖（b）為丁烯產(chǎn)率與進料氣中n（氫氣）/n（丁烷）的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是_______________。

（3）圖（c）為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590 ℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是_______________、__________；590 ℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是_______________。

分析：（1）題目中明確指出為平衡轉(zhuǎn)化率，那么用影響平衡因素的角度分析：由圖（a）可以看出，當壓強不變時，升高溫度平衡轉(zhuǎn)化率升高，與該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)（ΔH1=+123 kJ·mol-1）一致。當溫度一定時（做輔助線即做一條垂直于溫度軸的直線），xMPa的平衡轉(zhuǎn)化率高于0.1MPa轉(zhuǎn)化率，對于反應(yīng)①為氣相反應(yīng)，即正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理判斷，降低壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率較大，故x小于0.1。綜合溫度和壓強對反應(yīng)①的影響，要提高丁烷的轉(zhuǎn)化率，就要采用升溫和降壓的方法，故選A、D。

（2）由題目導(dǎo)語可知，反應(yīng)采用工業(yè)流化床方式，反應(yīng)氣體以一定的流速和一定的壓強進入填有催化劑溫度恒定的反應(yīng)器，并從反應(yīng)器后端口流出產(chǎn)物和未反應(yīng)的原料氣。由此可獲得這類反應(yīng)的重要特征信息：該條件下的反應(yīng)可以是平衡狀態(tài)下，也可以是未達到平衡狀態(tài)下進行的；只要進料氣流速一定，反應(yīng)氣體分子與催化劑的接觸時間就是固定的，圖（b）并非連續(xù)實驗過程的信息關(guān)系，而是在相同的條件下，改變進料氣的比例，將對應(yīng)丁烯產(chǎn)率和原料氣的比例作圖得到的。觀察圖（b）曲線的變化趨勢，可知丁烯的產(chǎn)率隨進料氣中氫氣的比例增大，呈現(xiàn)先增大后降低的變化規(guī)律。為了解釋這一現(xiàn)象，首先，由化學(xué)反應(yīng)原理可知，氫氣作為反應(yīng)的產(chǎn)物，理應(yīng)因為原料氣中氫氣的比例提高而使乙烯的產(chǎn)率降低，但圖（b）曲線的變化前段卻恰恰相反。由此可推斷該變化趨勢不是由于平衡因素的影響；其次，外界壓強和溫度的因素已排除。顯而易見，只有從反應(yīng)速率的因素考慮了。對該題而言，考慮催化劑和濃度就可以了。催化劑加快反應(yīng)速率提高單位時間內(nèi)丁烯的產(chǎn)率，氫氣為反應(yīng)產(chǎn)物，增大氫氣的濃度，增加逆反應(yīng)的速率，從而降低單位時間內(nèi)乙烯的產(chǎn)率，由此可見反應(yīng)前段隨著氫氣的增大，氫氣作為催化劑對反應(yīng)速率影響大，起著主導(dǎo)作用表現(xiàn)出反應(yīng)速率加快，單位時間內(nèi)丁烯的產(chǎn)率增加，當氫氣的量增大到作為催化劑的量已經(jīng)達到飽和時，氫氣作為產(chǎn)物使逆反應(yīng)的速率增加明顯，超過了催化劑對反應(yīng)速率的影響，這時氫氣濃度的影響起著主導(dǎo)作用，就會表現(xiàn)為乙烯的產(chǎn)率下降即圖（b）的后段。

（3）由圖（c）可以得出兩個信息：①丁烯的脫氫反應(yīng)的產(chǎn)率隨著溫度的升高而增大，當溫度達到590℃時發(fā)生轉(zhuǎn)折急劇下降；②該反應(yīng)伴隨有副反應(yīng)，其產(chǎn)率也隨著溫度的升高而增大，但到達590℃后快速增大；③該反應(yīng)的副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。（③這條由題目中獲取的）。590℃之前，若從平衡的角度去考慮，升高溫度，平衡正移（ΔH1=+123 kJ·mol-1），丁烯的產(chǎn)率升高，若從速率的角度考慮，升高溫度，反應(yīng)速率加快，丁烯的產(chǎn)率升高，這兩條都與曲線符合。590 ℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因為丁烯高溫裂解成短鏈烴，這從圖（c）明顯看出（丁烯急劇下降，副產(chǎn)物短鏈烴快速升高）。

通過對這道高考題的分析，探究命題人的目的，聯(lián)系生產(chǎn)實際會發(fā)現(xiàn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們既要考慮反應(yīng)進行的程度，又要考慮化學(xué)反應(yīng)的速率，然后把二者結(jié)合起來綜合考慮經(jīng)濟效益。學(xué)習(xí)的目的就是要運用，高考試題作為指揮棒，引導(dǎo)著中學(xué)教學(xué)，“學(xué)以致用”是這道題給我們的啟示。在今后的學(xué)習(xí)中一定要不斷思考，用學(xué)到的化學(xué)知識分析、解釋身邊的各種現(xiàn)象，把課堂知識學(xué)活，從中找到學(xué)習(xí)的動力和樂趣。

參考文獻：

[1] 教育部.高考理科試題分析理科綜合分冊[M].北京：高等教育出版社，2018.

（作者單位：山西省襄汾縣汾城高級中學(xué)校 041500）