資源簡介

第37講　工業生產中的速率、平衡圖像
[課程標準]　1.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究中的重要作用。2.針對典型案例，能從限度、速率等角度對化學反應和化工生產條件進行綜合分析。
1．化工生產適宜條件選擇的一般原則
條件 原則
從化學反應速率分析 既不能過快，又不能過慢
從化學平衡移動分析 既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意對二者影響的矛盾性
從原料利用率分析 增加廉價易得原料，提高高價難得原料的利用率，從而降低生產成本
從實際生產能力分析 如設備承受高溫、高壓能力等
從催化劑的使用活性分析 注意催化劑的活性對溫度的限制
2.平衡類問題需考慮的幾個方面
(1)原料的來源、除雜，尤其考慮雜質對平衡的影響。
(2)原料的循環利用。
(3)產物的污染處理。
(4)產物的酸堿性對反應的影響。
(5)參加反應的物質的壓強對平衡造成的影響。
(6)改變外界條件對多平衡體系的影響。
類型一　轉化率—投料比圖像
INCLUDEPICTURE "例1.TIF" INCLUDEPICTURE "D:\\2024《金版新學案》高三總復習 新教材 化學 人教版（雙選）B\\圖片\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET (1)采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。
主反應：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反應：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)、CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
測得反應體系中各物質的產率或轉化率與催化劑的關系如圖所示。則催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為________時最有利于二甲醚的合成。
(2)將燃煤廢氣中的CO2轉化為二甲醚的反應原理為2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)已知在壓強為a MPa下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO2的轉化率見如圖：
此反應為________(填“放熱”或“吸熱”)反應；若溫度不變，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將________(填“增大”“減小”或“不變”)。
答案：　(1)2.0　(2)放熱　不變
類型二　平衡常數—溫度—選擇性圖像
INCLUDEPICTURE "例2.TIF" INCLUDEPICTURE "D:\\2024《金版新學案》高三總復習 新教材 化學 人教版（雙選）B\\圖片\\例2.TIF" \* MERGEFORMATINET 丙烯是制造一次性醫用口罩的重要原料。丙烷催化脫氫法是工業生產丙烯的重要途徑，丙烷催化脫氫技術主要分為氧化脫氫和直接脫氫兩種?；卮鹣铝袉栴}：
(1)丙烷催化氧化脫氫法制備丙烯的主要反應如下：
2C3H8(g)＋O2(g) 2C3H6(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－236 kJ·mol－1(ⅰ)
學生用書?第182頁
反應過程中消耗的C3H8和 生成的C3H6 的物質的量隨溫度的變化關系見下表。
反應溫度n(消耗)或n(生成)/mol 535 550 575
C3H8 6 13 33
C3H6 4 8 17
分析表中數據得到丙烯的選擇性隨溫度的升高而______(填“不變”“升高”“降低”)；出現此結果的原因除生成乙烯等副產物外還可能是 __________。(C3H6的選擇性＝×100%)
(2)丙烷催化直接脫氫反應： C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)　ΔH2＝＋124.3 kJ·mol －1(ⅱ)　副反應：C3H8 (g)C2H4 (g)＋CH4(g)　ΔH3(ⅲ)
①反應ⅱ的平衡常數、產物丙烯選擇性、副產物乙烯選擇性與溫度關系如圖所示， 分析工業生產中采用的溫度為650 ℃左右的原因是_____________________________________
________________________________________________________________________。
②溫度為670 ℃時，若在1 L的容器中投入8 mol C3H8，充分反應后，平衡混合氣體中有2 mol CH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，計算該條件下C3H6的選擇性為________%。
③欲使丙烯的產率提高，下列措施可行的是______(填寫字母)。
a．恒壓條件下向原料氣中摻雜水蒸氣
b．增大氫氣與丙烷的投料比
c.選擇對脫氫反應更好選擇性的催化劑
d．增大壓強
解析：　(1)根據表格數據可知各溫度下C3H6的選擇性分別為、、，>>，所以隨溫度升高丙烯的選擇性降低；反應ⅰ為放熱反應，升高溫度，反應ⅰ的化學平衡逆向移動，也會導致丙烯的選擇性下降；
(2)①據題圖可知，溫度控制在650 ℃，丙烯選擇性高，且此時溫度較高，反應速率快，而且該溫度條件下平衡常數較大；
②平衡混合氣體中有 2 mol CH4，則根據反應?？芍胶鈺r該反應消耗的n1(C3H8)＝2 mol；設平衡時C3H6的物質的量為x，根據反應ⅱ可知平衡時n(H2)＝x，反應ⅱ消耗的n2(C3H8)＝x，則平衡時容器中n(C3H8)＝(8－2－x) mol，據圖可知該溫度下反應ⅱ的lg＝0，所以K＝1，容器體積為1 L，則有＝1，解得x＝2 mol，C3H6的選擇性＝×100%＝×100%＝50%；
③a.恒壓條件下向原料氣中摻雜水蒸氣，則反應物和生成物的分壓減小，該反應的正反應為氣體體積增大的反應，減小壓強平衡正向移動，可以提高丙烯的產率，故a正確；b.氫氣為產物，增大氫氣的量會使平衡逆向移動，丙烯的產率降低，故b錯誤；c.選擇對脫氫反應更好選擇性的催化劑，增大丙烯的選擇性，提高產率，故c正確；d.該反應的正反應為氣體體積增大的反應，增大壓強會使平衡逆向移動，降低產率，故d錯誤；綜上所述選ac。
答案：　(1)降低　升高溫度，反應ⅰ的化學平衡逆向移動
(2)① 溫度控制在650 ℃ ，丙烯選擇性高，反應速率快，平衡常數較大?、?50　③ ac
類型三　選擇最佳反應條件
INCLUDEPICTURE "例3.TIF" INCLUDEPICTURE "D:\\2024《金版新學案》高三總復習 新教材 化學 人教版（雙選）B\\圖片\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET (1)汽車尾氣是霧霾形成的原因之一。研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧霾的形成，可采用氧化還原法脫硝：
4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0
根據下圖判斷提高脫硝效率的最佳條件是______________________；氨氮比一定時，在400 ℃時，脫硝效率最大，其可能的原因是______________________________________。
(2)丙烷氧化脫氫法制備丙烯的主要反應如下：
C3H8(g)＋O2(g)C3H6(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－118 kJ·mol －1
在催化劑作用下，C3H8氧化脫氫除生成C3H6外，還生成CO、CO2等物質。C3H8的轉化率和C3H6的產率隨溫度變化關系如圖所示。
①575 ℃時，C3H6的選擇性為________。(C3H6的選擇性＝×100%)
②基于本研究結果，能提高C3H6選擇性的措施是
________________________________________________________________________。
解析：　(2)①根據題圖，575 ℃時，C3H8的轉化率為33%，C3H6的產率為17%，假設參加反應的C3H8為100 mol，生成的C3H6為17 mol，C3H6的選擇性＝×100%≈51.5%。②根據圖像，535 ℃時，C3H6的選擇性＝×100%≈66.7%，550 ℃時，C3H6的選擇性＝×100%≈61.5%，575 ℃時，C3H6的選擇性＝×100%≈51.5%，故選擇相對較低的溫度能夠提高C3H6選擇性。
答案：　(1)氨氮物質的量之比為1，溫度為400 ℃　在400 ℃時催化劑的活性最好，催化效率最高，同時400 ℃溫度較高，反應速率較快
(2)①51.5%?、谶x擇相對較低的溫度
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類型四　對化工生產中的圖像綜合分析
INCLUDEPICTURE "例4.TIF" INCLUDEPICTURE "D:\\2024《金版新學案》高三總復習 新教材 化學 人教版（雙選）B\\圖片\\例4.TIF" \* MERGEFORMATINET (1)一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣回收。反應為2CO(g)＋SO2(g) 2CO2(g)＋S(l)　ΔH＝－270 kJ·mol－1
某科研小組用Fe2O3作催化劑。在380 ℃時，分別研究了[n(CO)∶n(SO2)]為1∶1、3∶1時SO2轉化率的變化情況(圖1)。則圖1中表示n(CO)∶n(SO2)＝3∶1的變化曲線為________。
(2)目前，科學家正在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝(NO)原理，其脫硝機理示意圖如圖2，脫硝率與溫度、負載率(分子篩中催化劑的質量分數)的關系如圖3所示。
①寫出該脫硝原理總反應的化學方程式： _____________________________________
________________________________________________________________________。
②為達到最佳脫硝效果，應采取的條件是____________________。
答案：　(1)a
(2)①6NO＋3O2＋2C2H43N2＋4CO2＋4H2O?、?50 ℃、負載率3.0%
真題演練　明確考向
1．(2022·江蘇選擇考，13)乙醇 水催化重整可獲得H2。其主要反應為C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH＝173.3 kJ·mol－1，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3時，若僅考慮上述反應，平衡時CO2和CO的選擇性及H2的產率隨溫度的變化如圖所示。
已知：CO的選擇性＝×100%，下列說法正確的是(　　)
A．圖中曲線①表示平衡時H2產率隨溫度的變化
B．升高溫度，平衡時CO的選擇性增大
C．一定溫度下，增大可提高乙醇平衡轉化率
D．一定溫度下，加入CaO(s)或選用高效催化劑，均能提高平衡時H2產率
D　[根據已知反應①C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH＝173.3 kJ·mol－1，反應②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1，且反應①的熱效應更大，故溫度升高的時候對反應①影響更大一些，即CO2選擇性增大，同時CO的選擇性減小，根據CO的選擇性的定義可知③代表CO2的選擇性，①代表CO的選擇性，②代表H2的產率。A.由分析可知②代表H2的產率，A錯誤；B.由分析可知升高溫度，平衡時CO的選擇性減小，B錯誤；C.兩種物質參加反應，增大一種物質的濃度，會降低該物質的平衡轉化率，C錯誤；D.加入CaO(s)與水反應放熱，對反應①影響較大，可以增大H2產率，或者選用對反應①影響較大的高效催化劑，也可以增大H2產率，D正確。]
2．(2022·遼寧選擇考，16節選)工業合成氨是人類科學技術的一項重大突破，目前已有三位科學家因其獲得諾貝爾獎，其反應為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　ΔS＝－200 J·K－1·mol－1
(1)____________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應速率，____________溫有利于提高平衡轉化率，綜合考慮催化劑(鐵觸媒)活性等因素，工業常采用400～500 ℃。
針對反應速率與平衡產率的矛盾，我國科學家提出了如下解決方案。
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(2)方案：M LiH復合催化劑。
下列說法正確的是____________。
a．300 ℃時，復合催化劑比單一催化劑效率更高
b．同溫同壓下，復合催化劑有利于提高氨的平衡產率
c．溫度越高，復合催化劑活性一定越高
解析：　 (2)由題圖可知，300 ℃時，復合催化劑催化時合成氨反應的反應速率比單一催化劑催化時大很多，說明300 ℃時復合催化劑比單一催化劑效率更高，a正確；同溫同壓下，復合催化劑能提高反應速率，但不能使平衡發生移動，故不能提高氨的平衡產率，b錯誤；溫度過高，復合催化劑可能會失去活性，催化效率反而降低，c錯誤。
答案：　 (1)高　低　(2)a　
3．(2022·江蘇選擇考，17節選)“Fe HCO H2O熱循環制氫和甲酸”的原理為：在密閉容器中，鐵粉與吸收CO2制得的NaHCO3溶液反應，生成H2、HCOONa和Fe3O4；Fe3O4再經生物柴油副產品轉化為Fe。
①實驗中發現，在300 ℃時，密閉容器中NaHCO3溶液與鐵粉反應，反應初期有FeCO3生成并放出H2，該反應的離子方程式為________________________________________________________________________。
②隨著反應進行，FeCO3迅速轉化為活性Fe3O4－x，活性Fe3O4－x是HCO轉化為HCOO－的催化劑。在其他條件相同時，測得Fe的轉化率、HCOO－的產率隨c(HCO)變化如圖所示。HCOO－的產率隨c(HCO)增加而增大的可能原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　②在其他條件相同時，隨c(HCO)增加，其與鐵粉反應加快，從圖中得知Fe的轉化率也增大，即生成FeCO3和H2的速率更快，產量更大，則得到活性Fe3O4－x的速率更快，量也更多，生成HCOO－的速率更快，產率也更大。
答案：　 ①Fe＋2HCOFeCO3＋CO＋H2↑?、陔Sc(HCO)增加，生成FeCO3和H2的速率更快、產量增大，生成HCOO－的速率更快、產率也增大
4．[2022·山東等級考，20(3)]利用γ 丁內酯(BL)制備1，4 丁二醇(BD)，反應過程中伴有生成四氫呋喃(THF)和1 丁醇(BuOH)的副反應，涉及反應如下：
已知：反應Ⅰ正向是放熱過程。
(xBD/xBL)max為達平衡時xBD與xBL的比值。(493 K，2.5×103 kPa)、(493 K，3.5×103 kPa)、(513 K，2.5×103 kPa)三種條件下，以5.0×10－3 mol BL為初始原料，在相同體積的剛性容器中發生反應，隨時間t變化關系如圖所示。因反應在高壓H2氛圍下進行，可忽略壓強對反應速率的影響。曲線a、b、c中，(xBD/xBL)max最大的是______(填代號)；與曲線b相比，曲線c達到＝1.0所需時間更長，原因是______________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　依題意，反應Ⅰ正向是放熱過程，以BL為初始原料，溫度升高則平衡逆向移動，溫度越高，反應速率越快，達到平衡時的時間越短，(xBD/xBL)max越小，的值越大；相同溫度時，壓強增大，BD的比重增大，(xBD/xBL)max增大，又可忽略壓強對反應速率的影響，則(xBD/xBL)max最大即最小，對應曲線c；由于b和c代表的溫度相同，而壓強對反應速率的影響可忽略，壓強增大反應Ⅱ、Ⅲ均是逆向移動，(xBD/xBL)max增大，故＝1.0所需時間更長。
答案：　c　由于b和c代表的溫度相同，而壓強對反應速率的影響可忽略，壓強增大反應Ⅱ、Ⅲ均是逆向移動，(xBD/xBL)max增大
課時精練(三十七)　工業生產中的速率、平衡圖像
(本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)
1．已知反應：2NO2(紅棕色)N2O4(無色)　ΔH<0。將一定量的NO2充入注射器中并密封，改變活塞位置的過程中，氣體透光率隨時間的變化如圖所示(氣體顏色越深，透光率越小)。下列說法不正確的是(　　)
A．b點達到平衡狀態
B．b點與a點相比，c(NO2)、c(N2O4)均減小
C．d點：v正D．若在c點將溫度降低，其透光率將增大
B　[曲線a→b段透光率不變，說明c(NO2)保持不變，故b點達到平衡狀態，A正確；a、b兩點的透光率相等，說明這兩點中c(NO2)、c(N2O4)分別相等，且保持不變，B錯誤；由題圖可知，d點后透光率逐漸下降，說明c(NO2)逐漸增大，即平衡逆向移動，則有v正2．一定條件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)；已知溫度對CO2的平衡轉化率和催化劑催化效率的影響如圖，下列說法不正確的是(　　)
A．該反應的逆反應為吸熱反應
B．平衡常數：KM>KN
C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)
D．當溫度高于250 ℃，升高溫度，催化劑的催化效率降低
C　[升高溫度，CO2的平衡轉化率降低，說明平衡逆向移動，則逆反應為吸熱反應，A正確；該反應的正反應是放熱反應，升溫平衡常數減小，B正確；化學反應速率隨溫度的升高而加快，催化劑在250 ℃時催化活性最高，溫度繼續升高，其催化效率降低，所以v(N)有可能小于v(M)，C錯誤，D正確。]
3．在一恒容的密閉容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1CH4，在一定條件下發生反應：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，測得CH4平衡轉化率與溫度、壓強關系如圖，下列有關說法不正確的是(　　)
A．上述反應的ΔH<0
B．壓強：p4>p3>p2>p1
C．1 100 ℃時該反應的平衡常數約為1.64
D．壓強為p4時，在y點：v正>v逆
A　[p1、p2、p3、p4是四條等壓線，由圖像可知，壓強一定時，溫度越高，CH4的平衡轉化率越高，故正反應為吸熱反應，ΔH>0，A項錯誤；該反應為氣體分子數增加的反應，壓強越高，甲烷的平衡轉化率越小，故壓強p4>p3>p2>p1，B項正確；壓強為p4、溫度為1 100 ℃時，甲烷的平衡轉化率為80.00%，故平衡時各物質的濃度分別為c(CH4)＝0.02 mol·L－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1，c(H2)＝0.16 mol·L－1，即平衡常數K＝≈1.64，C項正確；壓強為p4時，y點未達到平衡，此時v正>v逆，D項正確。]
4．一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣進行回收，使SO2轉化生成S。催化劑不同，其他條件相同(濃度、溫度、壓強)情況下，相同時間內SO2的轉化率隨反應溫度的變化如圖，下列說法不正確的是(　　)
A．不考慮催化劑價格因素，選擇Fe2O3作催化劑可以節約能源
B．選擇Fe2O3作催化劑，最適宜溫度為340 ℃左右
C．a點后SO2的轉化率減小的原因可能是溫度升高催化劑活性降低
D．其他條件相同的情況下，選擇Cr2O3作催化劑，SO2的平衡轉化率最小
D　[根據圖像可知，當溫度在340 ℃時，在Fe2O3作催化劑條件下，SO2的轉化率最大，可以節約能源，故A正確；340 ℃左右，催化劑的催化能力較大，二氧化硫的轉化率也是較大，反應速率較快，所以選擇Fe2O3作催化劑，最適宜溫度為340 ℃左右，故B正確； 催化劑催化能力需要維持在一定的溫度下，溫度太高，催化劑活性可能會降低，故C正確；催化劑只對速率有影響，對平衡轉化率沒有影響，故D錯誤。]
5．反應Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH是工業上制備高純硅的重要中間過程。一定壓強下，起始投入原料的值和溫度與SiHCl3的平衡產率的變化關系如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．該反應為放熱反應，ΔH＜0
B．M、N點SiHCl3的分壓：M＞N
C．的值越大SiHCl3平衡產率越高
D．M、N點的逆反應速率：vM＞vN
C　[溫度升高，SiHCl3的平衡產率減小，ΔH＜0，A項正確；對應氣體壓強之比等于物質的量之比，由題圖可知，M、N點SiHCl3的平衡產率M＞N，所以M、N點SiHCl3的分壓：M＞N，B項正確；由題圖可知，的值增大至7時，SiHCl3的平衡產率降低至接近于0，C項錯誤；M點溫度較高，SiHCl3濃度較大，逆反應速率vM＞vN，D項正確。]
6．一定條件下，6H2(g)＋2CO2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)，CO2平衡轉化率隨溫度變化如圖所示，對a、b、c三點對應情況的分析，合理的是(　　)
A．CO2物質的量分數：a>b
B．C2H5OH體積分數：aC．平衡常數：Ka>Kc>Kb
D．反應速率：va(CO2)D　[ A．a、b點均在曲線Ⅰ上，由題圖可知升高溫度CO2平衡轉化率減小，可知升高溫度平衡逆向移動，則CO2物質的量分數：ac，故B錯誤；C.K與溫度有關，且正反應為放熱反應，溫度越高K越小，則平衡常數：Ka＝Kc>Kb，故C錯誤；D.a、b點只有溫度不同，溫度越高、反應速率越快，則反應速率：va(CO2)7．在恒容密閉容器中進行反應：2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)　ΔH。在某壓強下起始時按不同氫碳比投料(如圖中曲線①②③)，測得CO2的平衡轉化率與溫度的關系如圖所示，下列有關說法正確的是(　　)
A．該反應的ΔH>0
B．氫碳比：①<②<③
C．其他條件不變的情況下，增大容器的體積可提高CO2的轉化率
D．若起始CO2的濃度為2 mol·L－1、H2為4 mol·L－1，在圖中曲線③氫碳比條件下進行，則400 K時該反應的平衡常數數值約為1.7
D　[根據圖像可知，在氫碳比相等的條件下，隨著溫度的升高，CO2的轉化率降低，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，因此正反應是放熱反應，ΔH<0，A錯誤；氫碳比越大，CO2的轉化率越高，根據圖像可知，在溫度相等的條件下，CO2的轉化率：①>②>③，則氫碳比：①>②>③，B錯誤；正反應是氣體體積減小的反應，因此其他條件不變的情況下，縮小容器的體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，可提高CO2的轉化率，C錯誤；根據圖像可知，400 K時曲線③中CO2的轉化率是50%，這說明消耗CO2 1 mol·L－1，則消耗氫氣3 mol·L－1，生成乙醇和水蒸氣分別是0.5 mol·L－1、1.5 mol·L－1，剩余CO2和氫氣分別是1 mol·L－1、1 mol·L－1，該溫度下平衡常數K＝≈1.7，D正確。]
8.恒壓下，NO和O2在起始濃度一定的條件下發生反應，在相同時間內，測得不同溫度下NO轉化為NO2的轉化率如圖中實線所示(圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉化率隨溫度的變化)。下列說法不正確的是(　　)
A．反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH<0
B．圖中X點所示條件下，由于測定時間較短，反應未達到平衡
C．從X→Y過程中，平衡逆向移動，O2的質量減少
D．380 ℃下，c平衡(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡轉化率為50%，則平衡常數K＝2 000
C　[依據圖中虛線，NO的平衡轉化率隨溫度升高而下降，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則該反應是放熱反應，ΔH<0，故A正確；點X在虛線下面，說明反應未達到化學平衡，故B正確；從X→Y過程中，NO轉化率下降，說明平衡向逆反應方向移動，O2的質量應該增大，故C錯誤；
　　　　　　　　2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)
起始(mol·L－1) x y 0
轉化(mol·L－1) 0.5x 0.25x 0.5x
平衡(mol·L－1) 0.5x 5.0×10－4 0.5x
K＝＝＝2 000，故D正確。]
9．CO2經催化加氫可合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)。0.1 MPa時，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，測得不同溫度下平衡時體系中各物質濃度的關系如圖，下列敘述不正確的是(　　)
A．該反應的ΔH＜0
B．曲線b代表H2O的濃度變化
C．N點和M點所處的狀態c(H2)不一樣
D．其他條件不變，T1 ℃、0.2 MPa下反應達平衡時c(H2)比M點大
C　[溫度升高，H2的濃度增大，平衡左移，故逆向吸熱，正向放熱，ΔH＜0，則曲線a為CO2的濃度變化，根據方程式中化學計量數的比例關系，可知曲線b為H2O的濃度變化，曲線c為C2H4的濃度變化，故A、B正確；N點和M點均處于T1 ℃下，所處的狀態c(H2)是一樣的，C項錯誤；其他條件不變，T1 ℃、0.2 MPa相對0.1 MPa，增大了壓強，體積減小，c(H2)增大，反應達平衡時c(H2)比M點大，故D項錯誤。]
10．在一定條件下，向恒容密閉容器中充入1.0 mol CO2和3.0 mol H2，在一定溫度范圍內發生如下轉化：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－x kJ·mol－1(x>0)。在不同催化劑作用下，相同時間內CO2的轉化率隨溫度的變化如圖所示：
(1)催化效果最佳的是催化劑________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)；b點v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。
(2)此反應在a點時已達到平衡狀態，a點的轉化率比c點高的原因是_________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)根據題圖可知，相同溫度時，在催化劑Ⅰ的作用下，反應相同時間CO2的轉化率最大，因此催化劑Ⅰ的效果最好；b點時反應還未達到平衡狀態，CO2的轉化率還會繼續增加，反應正向進行，因此v正＞v逆。(2)該反應為放熱反應，a點時達到平衡，從a點到c點，溫度升高，平衡逆向移動，CO2的轉化率下降。
答案：　(1)Ⅰ　>　(2)該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動
11．(1)在體積為2 L的恒容密閉容器中，充入2 mol CO2和6 mol H2，一定條件下反應：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH＝－49.0 kJ·mol－1，測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示。
①計算：從0 min到3 min，H2的平均反應速率v(H2)＝________mol·L－1·min－1。
②能說明上述反應達到平衡狀態的是______(填字母)。
A.c(CO2)∶c(H2)＝1∶3
B．混合氣體的密度不再發生變化
C．單位時間內消耗3 mol H2，同時生成1 mol H2O
D．CO2的體積分數在混合氣體中保持不變
③反應達到平衡后，保持其他條件不變，能加快反應速率且使體系中氣體的物質的量減少，可采取的措施有________(填字母)。
A．升高溫度　　　　　　 B．縮小容器體積
C．再充入CO2氣體 D．使用合適的催化劑
(2)在容積相同的密閉容器里，分別充入等量的氮氣和氫氣，在不同溫度下發生反應：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，并分別在相同的時間內測定其中NH3的質量分數(y軸所表示的)，繪成圖像如圖所示：
請回答：
①A、B、C、D、E五點中，肯定未達到平衡點的是________。
②此可逆反應的正反應是________熱反應。
③AC曲線是增函數曲線，CE曲線是減函數曲線，試從化學反應速率和化學平衡的角度分析，并說明理由_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)①3 min時CH3OH的物質的量濃度為0.5 mol/L，所以消耗的氫氣的物質的量濃度為1.5 mol/L，則用氫氣表示的反應速率為1.5 mol/L÷3 min＝0.5 mol/(L·min)。
②A.起始時加入的CO2和H2的物質的量之比為1∶3，反應消耗的CO2和H2的物質的量之比也是1∶3，所以CO2和H2的物質的量之比一直是1∶3，CO2和H2在同一容器中，體積相同，所以c(CO2)∶c(H2)＝1∶3是不變的，和是否平衡無關；B.由于反應物和生成物都是氣體，所以混合氣體的總質量是不變的，同時容器體積也是不變的，所以混合氣體的密度是一個定值，所以混合氣體的密度不再發生變化不能證明反應達到平衡狀態；C.單位時間內消耗3 mol H2，必然同時生成1 mol H2O，和是否平衡無關；D.CO2的體積分數在混合氣體中保持不變說明反應達到了平衡狀態，故選D。
③A.升高溫度，能加快反應速率，但由于該反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，體系中氣體物質的量增加，故A不選；B.縮小容器體積，增大各物質濃度，可以加快反應速率，平衡向體積減小的方向即正向移動，可以使體系中氣體物質的量減少，故B選；C.再充入CO2氣體，增大了反應物濃度，可以加快反應速率，平衡雖然向右移動，但由于加入了CO2，所以體系中氣體總的物質的量會增加，故C不選；D.使用合適的催化劑可以加快反應速率，但催化劑不影響平衡，所以氣體物質的量不變，故D不選；故選B。
(2)在容積相同的密閉容器里，分別充入等量的氮氣和氫氣，在不同溫度下發生合成氨的反應，在相同的時間內測定其中NH3的質量分數。溫度低，反應速率慢，生成的氨的量少，則氨的質量分數比較低，溫度升高，反應速率加快，生成的氨增加，氨的質量分數增多，若溫度更高，反應很快達到平衡，若合成氨的反應是放熱反應，此時氨的質量分數反而會由于溫度升高，平衡逆向移動而降低。
①由以上分析可知，A、B點肯定未達到平衡點，C點可能平衡，也可能沒有平衡，D、E點一定達到了平衡。
②由以上分析可知，該反應的正反應是放熱反應。
③A、B兩點對應的溫度低，反應速率小，隨著溫度升高，反應速率加快，生成氨的質量分數增大，所以AC曲線是增函數曲線；達到平衡后，再升高溫度，由于正反應是放熱反應，平衡逆向移動，所以氨的質量分數降低，所以CE曲線是減函數曲線。
答案：　(1)①0.5?、贒　③B
(2)①A、B　②放?、廴萜魅莘e相同，充入的是等量的氮氣和氫氣，在不同溫度下發生反應，在相同的時間內測定NH3的質量分數，A、B兩點對應的溫度低，反應速率小，隨著溫度升高，反應速率加快，生成氨的質量分數增大，所以AC曲線是增函數曲線；達到平衡后，再升高溫度，由于正反應是放熱反應，平衡逆向移動，所以氨的質量分數降低，所以CE曲線是減函數曲線
12．環戊烯()常用于有機合成及樹脂交聯等。在催化劑作用下，可通過環戊二烯()選擇性氧化制得，體系中同時存在如下反應：
反應Ⅰ：(g)＋H2(g) (g)　ΔH1＝－100.3 kJ·mol－1
反應Ⅱ：(g)＋H2(g) (g)　ΔH2＝－109.4 kJ·mol－1
反應Ⅲ：(g)＋(g)2(g)　ΔH3
已知：選擇性指生成目標產物所消耗的原料量在全部所消耗原料量中所占的比例?；卮鹣铝袉栴}：
(1)反應Ⅲ的ΔH3＝________kJ·mol－1。
(2)為研究上述反應的平衡關系，在T ℃下，向某密閉容器中加入a mol的環戊二烯和4 mol H2，測得平衡時，容器中環戊二烯和環戊烷()的物質的量相等，環戊烯的選擇性為 80%，此時H2的轉化率為________%，反應Ⅲ以物質的量分數表示的平衡常數K3＝________。
(3)為研究不同溫度下催化劑的反應活性，保持其他條件不變，測得在相同時間內，上述反應的轉化率和選擇性與溫度的關系如圖所示。
該氫化體系制環戊烯的最佳溫度為 ________；30 ℃以上時，環戊烯的選擇性降低的可能原因是________(填字母)。
A．催化劑活性降低 B．平衡常數變大
C．反應活化能減小
(4)實際生產中采用雙環戊二烯()解聚成環戊二烯：(g) 2(g)　ΔH>0。若將3 mol雙環戊二烯通入恒容密閉容器中，分別在T1和T2溫度下進行反應。曲線A表示T2溫度下n(雙環戊二烯)的變化，曲線B表示T1溫度下n(環戊二烯)的變化，T2溫度下反應到a點恰好達到平衡。
①曲線B在T1溫度下恰好達到平衡時的點的坐標為(m，n)，則m________2(填“>” “<”或“＝”)，由圖像計算n的取值范圍是___________________________________________。
②T2溫度下，若某時刻，容器內氣體的壓強為起始時的1.5倍，則此時v正________v逆 (填“>” “<”或“＝”)。
解析：　(1)反應Ⅲ＝反應Ⅰ－反應Ⅱ，ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝[－100.3－(－109.4)]kJ·mol－1＝＋9.1 kJ·mol－1；
(2)令反應Ⅰ中消耗x mol環戊二烯，反應Ⅲ中消耗y mol環戊二烯，根據題意可知，達到平衡時n(環戊二烯)＝n(環戊烷)＝(a－x－y) mol，反應Ⅲ中消耗y mol環戊二烯的同時消耗環戊烷的物質的量為y mol，則反應Ⅱ共生成環戊烷的物質的量為(a－x－y＋y) mol＝(a－x) mol，反應Ⅱ消耗氫氣的物質的量為(a－x) mol，因此達到平衡時整個容器共消耗氫氣的物質的量為(a－x＋x) mol＝a mol，氫氣的轉化率為×100%＝25a%；依據選擇性的定義，推出生成環戊烯的物質的量為0.8a mol，達到平衡時環戊二烯的物質的量為0.2a mol，環戊烷的物質的量也為0.2a mol，根據反應Ⅲ的特點，反應前后氣體系數之和相等，以物質的量分數表示的平衡常數與以物質的量表示的平衡常數是相等的，即K3＝＝16；
(3)根據圖像可知，該體系溫度為30 ℃左右時，環戊烯的選擇性和環戊二烯的轉化率都很高，因此最佳溫度為30 ℃；A.催化劑的活性在一定溫度范圍內最大，高于或低于這個溫度范圍，催化劑的活性降低，導致選擇性降低，故A符合題意；B.催化劑對化學平衡移動無影響，故B不符合題意；C.使用催化劑，降低反應活化能，催化劑的活性降低，活化能應增大，故C不符合題意；
(4)①根據圖像可知，相同時間段內，環戊二烯表示的反應速率大于雙環戊二烯表示的反應速率，因此T1＞T2，溫度高，反應速率快，達到平衡時所用的時間短，即m＜2；在T2溫度下，達到平衡，消耗雙環戊二烯的物質的量為(3－0.6) mol＝2.4 mol，此時生成環戊二烯的物質的量為2.4×2 mol＝4.8 mol，因為T1＞T2，該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，則n＞4.8 mol，假設雙環戊二烯全部反應，則生成環戊二烯的物質的量為6 mol，但該反應為可逆反應，不能進行到底，因此n＜6 mol，綜上所述，得出n的范圍為4.8＜n＜6；
②由①分析可知，T2溫度下達到平衡時，生成環戊二烯的物質的量為4.8 mol，容器內氣體的總物質的量為0.6 mol＋4.8 mol＝5.4 mol，相同條件下，壓強之比等于氣體物質的量的之比，則平衡時容器內氣體的壓強為起始時容器內壓強的1.8倍，由于1.8＞1.5，容器內氣體的壓強為起始時的1.5倍，說明反應向正反應進行，即v正＞v逆。
答案：　(1)＋9.1　(2)25a　16　(3)30　A
(4)①＜　4.8＜n＜6　②＞
學生用書?第185頁

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