資源簡介

2025屆高三化學一輪專題復習講義（12）
專題三 基本理論
3-5 化學平衡（二）（1課時，共2課時）
【復習目標】
1．了解化學平衡常數(K)的含義，能利用化學平衡常數進行相關計算。
2．理解外界條件(濃度、溫度、壓強、催化劑等)對化學平衡的影響，能用相關理論解釋其一般規律。
3．了解化學平衡的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用
【重點突破】
1．能運用平衡移動原理，解決生活中的相關問題，討論化學反應條件的選擇和優化。綜合考慮化學反應速率、原料利用率、設備要求、催化劑的活性等，控制合適的反應條件。
2．聯想外界條件的改變對化學反應速率和化學平衡的影響規律，根據圖像中表現的關系與所學規律相對比，做出符合題目要求的判斷。能充分考查學生讀圖、提取信息、解決問題的能力。
【真題再現】
例1．（2023·江蘇卷）二氧化碳加氫制甲烷過程中的主要反應為
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) △H=-164.7kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) ===CO(g)+H2O(g) △H=41.2kJ·mol-l
在密閉容器中，1.01×10-5Pa、n起始(CO2)︰n起始(H2)=1︰4時，CO2平衡轉化率、在催化劑作用下反應相同時間所測得的CO2實際轉化率隨溫度的變化如題13圖所示。CH4的選擇性可表示為×100%。下列說法正確的是
A．反應2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的熔變△H=-205.9kJ·mol-1
B．CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而增加
C．用該催化劑催化二氧化碳反應的最佳溫度范圍約為480～530℃
D．450℃時，提高的值或增大壓強，均能使CO2平衡轉化率達到X點的值
解析：A項，由蓋斯定律可知反應2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的焓變△H=-2×41.2 kJ·mol-1-164.7 kJ·mol-1=-247.1 kJ·mol-1，錯誤；B項，CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CH4的含量降低，故CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而降低，錯誤；C項，由圖可知，已知條件之下，該催化劑催化二氧化碳反應溫度范圍約為380℃時二氧化碳轉化率最大，此時為最適溫度，溫度繼續增加，催化劑活性下降，錯誤；D項，450℃時，提高的值可提高二氧化碳的平衡轉化率，增大壓強反應I平衡正向移動，可提高二氧化碳的平衡轉化率，均能使CO2平衡轉化率達到X點的值，D正確。
答案：D
例2．（2022·江蘇卷）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) △H=173.3kJ·mol-1
CO2 (g)+ H2(g)===CO (g)+ H2O (g) △H=41.2kJ·mol-1
在1.0×105Pa、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。
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
解析：根據已知反應①C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) △H=173.3kJ·mol-1，反應②CO2 (g)+ H2(g)===CO (g)+ H2O (g) △H=41.2kJ·mol-1，且反應①的熱效應更大，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項，由分析可知②代表H2的產率，錯誤；B項，由分析可知升高溫度，平衡時CO的選擇性減小，錯誤；C項，一定溫度下，增大，可以認為開始時水蒸氣物質的量不變，增大乙醇物質的量，乙醇的平衡轉化率降低，錯誤；D項，加入CaO(s)與水反應放熱，且CaO吸收CO2，促進反應①向正反應方向進行，反應②向逆反應方向進行，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，增加反應①的反應，減少反應②的發生，也可以增大H2產率，正確。
答案：D
例3．（2021·江蘇卷）NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應均為放熱反應。工業尾氣中的NH3可通過催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應管，NH3的轉化率、生成N2的選擇性[×100%]與溫度的關系如圖所示。
下列說法正確的是
A．其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉化率增大
B．其他條件不變，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大
C．催化氧化除去尾氣中的NH3應選擇反應溫度高于250 ℃
D．高效除去尾氣中的NH3，需研發低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑
解析：A項，NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應均為放熱反應，根據勒夏特列原理，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，氨氣的平衡轉化率降低，錯誤；B項，根據圖像，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升高，N2的選擇率降低，即產生氮氣的量減少，錯誤；C項，根據圖像，溫度高于250℃ N2的選擇率降低，且氨氣的轉化率變化并不大，浪費能源，根據圖像，溫度應略小于225℃，此時氨氣的轉化率、氮氣的選擇率較大，錯誤；D項，氮氣對環境無污染，氮的氧化物污染環境，因此高效除去尾氣中的NH3，需研發低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑，正確。
答案：D
例題4．（2020·江蘇卷·不定項選擇題）CH4與CO2重整生成H2和CO的過程中主要發生下列反應
CO2(g)+CH4(g) ===2CO(g)+2H2(g) △H=247.1 kJ·mol-1
CO2 (g)+ H2(g)===CO (g)+ H2O (g) △H=41.2kJ·mol-1
在恒壓、反應物起始物質的量比n (CH4)∶n(CO2) =1∶3條件下，CH4和CO2的平衡轉化率隨溫度變化的曲線如圖所示。下列有關說法正確的是
A．升高溫度、增大壓強均有利于提高CH4的平衡轉化率
B．曲線B表示CH4的平衡轉化率隨溫度的變化
C．相同條件下，改用高效催化劑能使曲線A和曲線B相重疊
D．恒壓、800K、n (CH4)∶n(CO2) =1∶1條件下，反應至CH4轉化率達到X點的值，改變除溫度外的特定條件繼續反應，CH4轉化率能達到Y點的值
解析：A項，甲烷和二氧化碳反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應即正向移動，甲烷轉化率增大，甲烷和二氧化碳反應是體積增大的反應，增大壓強，平衡逆向移動，甲烷轉化率減小，錯誤；B項，根據兩個反應得到總反應為CH4(g)＋2CO2(g) H2(g)＋3CO(g) ＋H2O (g)，加入的CH4與CO2物質的量相等，CO2消耗量大于CH4，因此CO2的轉化率大于CH4，因此曲線B表示CH4的平衡轉化率隨溫度變化，正確；C項，使用高效催化劑，只能提高反應速率，但不能改變平衡轉化率，錯誤；D項，800K時甲烷的轉化率為X點，可以通過改變二氧化碳的量來提高甲烷的轉化率達到Y點的值，正確。
答案：BD
小結：恒容條件下反應物的轉化率＝×100%＝×100%。
【知能整合】
1．K值意義及影響因素
（1）K值越大，反應物的轉化率越大，正反應進行的程度越大。
（2）K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。
（3）化學平衡常數是指某一具體反應的平衡常數。
2．K值應用
（1）判斷可逆反應進行的程度。
（2）判斷反應是否達到平衡或向何方向進行。
對于化學反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意狀態，濃度商：Q＝。
Q＜K，反應向正反應方向進行；
Q＝K，反應處于平衡狀態；
Q＞K，反應向逆反應方向進行。
（3）判斷可逆反應的熱效應
3．掌握四個公式
（1）恒容條件下反應物的轉化率＝×100%＝×100%。
（2）生成物的產率：實際產量(指生成物)占理論產量的百分數。一般來講，轉化率越大，原料利用率越高，產率越大。產率＝×100%。
（3）平衡時混合物組分的百分含量＝×100%。
（4）某組分的體積分數＝×100%。
計算技巧
第一步 根據“三段式”法計算平衡體系中各物質的物質的量或物質的量濃度
第二步 計算各氣體組分的物質的量分數或體積分數
第三步 根據分壓計算公式求出各氣體物質的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強×該氣體的體積分數(或物質的量分數)
第四步 根據平衡常數計算公式代入計算
4．分析化學平衡移動問題的注意事項
（1）平衡移動的結果只是減弱了外界條件的變化，而不能消除外界條件的變化。
（2）不要把v正增大與平衡向正反應方向移動等同起來，只有v正＞v逆時，才使平衡向正反應方向移動。
（3）同等程度地改變反應混合物中各物質的濃度時，應視為壓強的影響。
（4）對于縮小體積增大壓強，不管是否移動，各成分的濃度均增大，但增大的倍數可能不同也可能相同。
解答化學平衡移動類判斷題的思維過程
關注特點—―→分析條件(濃度、溫度、壓強等)―→想原理(平衡移動原理)―→綜合判斷得結論。
5．等效平衡的含義
在一定條件下(恒溫恒容或恒溫恒壓)下，同一可逆反應體系，不管是從正反應開始，還是從逆反應開始，還是正、逆反應同時投料，達到化學平衡狀態時，任何相同組分的百分含量(質量分數、物質的量分數、體積分數等)均相同。
等效平衡的判斷方法
（1）恒溫恒容條件下反應前后體積改變的反應
判斷方法：極值等量即等效。
例如：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
① 2 mol 1 mol 0
② 0 0 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
④ a mol b mol c mol
上述①②③三種配比，按化學方程式的化學計量關系均轉化為反應物，則SO2均為2mol，O2均為1 mol，三者建立的平衡狀態完全相同。④中a、b、c三者的關系滿足：c＋a＝2，＋b＝1，即與上述平衡等效。
（2）恒溫恒壓條件下反應前后體積改變的反應
判斷方法：極值等比即等效。
例如：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
① 2 mol 3 mol 0
② 1 mol 3.5 mol 2 mol
③ a mol b mol c mol
按化學方程式的化學計量數關系均轉化為反應物，則①②中＝，故互為等效平衡。③中a、b、c三者關系滿足：＝，即與①②平衡等效。
（3）恒溫條件下反應前后體積不變的反應
判斷方法：無論是恒溫恒容，還是恒溫恒壓，只要極值等比即等效，因為壓強改變對該類反應的化學平衡無影響。
例如：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0
② 2 mol 2 mol 1 mol
③ a mol b mol c mol
①②兩種情況下，n(H2)∶n(I2)＝1∶1，故互為等效平衡。
③中a、b、c三者關系滿足∶＝1∶1或a∶b＝1∶1，c≥0，即與①②平衡等效。
6．虛擬“中間態”法構建等效平衡
（1）構建恒溫恒容平衡思維模式
新平衡狀態可認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加并壓縮而成，相當于增大壓強。
（2）構建恒溫恒壓平衡思維模式（以氣體物質的量增加的反應為例，見圖示）
新平衡狀態可以認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加，壓強不變，平衡不移動。
7．識圖技巧：
首先要看清縱軸、橫軸表示的物理量，結合反應特點和平衡移動原理，根據題中變化量與反應速率、濃度、轉化率等物理量之間的變化關系，在圖像中補充曲線，一定要注意“起點、拐點、變化趨勢、終點”。分析反應由開始（起始物質相同時）達到平衡所用時間的長短可推知反應條件的變化。
①若為溫度變化引起，溫度較高時，反應達平衡所需時間短。
②若為壓強變化引起，壓強較大時，反應達平衡所需時間短。
③若為是否使用催化劑，使用適宜催化劑時，反應達平衡所需時間短。
幾種特殊圖像：
①對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點前，表示從反應物開始，v正>v逆；M點為剛達到平衡點（如下圖）；M點后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A的百分含量增加或C的百分含量減少，平衡左移，故正反應ΔH＜0。
②對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L線上所有的點都是平衡點（如下圖）。L線的左上方(E點)，A的百分含量大于此壓強時平衡體系的A的百分含量，所以，E點v正>v逆；則L線的右下方(F點)，v正＜v逆。
【體系再構】
【隨堂反饋】
基礎訓練
1．反應SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)可用于純硅的制備。下列有關該反應的說法正確的是
A．該反應的ΔH＞0、ΔS＜0
B．該反應的平衡常數K=
C．高溫下反應每生成1 mol Si需消耗2×22.4LH2
D．用E表示鍵能，該反應ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)
2．對于反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列說法正確的是
A．該反應的ΔH＞0、ΔS＜0
B．將氨氣及時液化分離可加快化學反應速率
C．當2v正(H2)＝3v逆(NH3)時，反應達到平衡狀態
D．提高體系的壓強可增大反應的化學平衡常數
3．在300 mL的密閉容器中，放入鎳粉并充入一定量的CO氣體，一定條件下發生反應：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知該反應的平衡常數與溫度的關系如下表所示。下列說法不正確的是
溫度/℃ 25 80 230
平衡常數 5×104 2 1.9×10－5
A．上述生成Ni(CO)4(g)的反應為放熱反應
B．25 ℃時反應Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常數為2×10－5
C．在80 ℃時，測得某時刻，Ni(CO)4、CO的濃度均為0.5 mol/L，則此時v正>v逆
D．80 ℃達到平衡時，測得n(CO)＝0.3 mol，則Ni(CO)4的平衡濃度為2 mol/L
4．通過反應Ⅰ：4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g)可將有機氯化工業的副產品HCl轉化為Cl2。在0.2MPa、反應物起始物質的量比=2條件下，不同溫度時HCl平衡轉化率如題圖所示。向反應體系中加入CuCl2，能加快反應速率。
反應Ⅱ：2CuCl2(s)+O2(g)===2CuO(s)+2Cl2(g) △H=125.6 kJ·mol-1
反應Ⅲ：CuO(s)+2HCl(g) ===CuCl2(s)+ H2O (g) △H=-120.0 kJ·mol-1
下列說法正確的是
A．反應Ⅰ的△H=5.6 kJ·mol-1
B．升高溫度和增大壓強均能提高反應Ⅰ中HCl的平衡轉化率
C．保持其他條件不變，500℃時，使用CuCl2，能使HCl轉化率從X點的值升至Y點的值
D．在0.2MPa、500℃條件下，若起始＜2，HCl的轉化率可能達到Y點的值
拓展訓練
5．某研究小組以Ag－ZSM為催化劑，在容積為1 L的容器中，相同時間下測得0.1 mol NO轉化為N2的轉化率隨溫度變化如圖所示[無CO時的反應為2NO(g)N2(g)＋O2(g)；有CO時的反應為2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)]。下列說法正確的是
A．反應2NO(g)N2(g)＋O2(g)的ΔH>0
B．達到平衡后，其他條件不變，使>1，CO轉化率下降
C．X點可以通過更換高效催化劑提高NO平衡轉化率
D．Y點再通入CO、N2各0.01 mol ，此時v正(CO)6．乙醇催化脫氫：CH3CH2OH(g)CH3CHO(g)＋H2(g)。已知：CH3CHO的選擇性
＝×100%；乙醇在高溫下會發生催化裂解，從而降低乙醛的選擇性。在Cu系催化劑作用下反應溫度對乙醇催化脫氫反應影響的關系如圖。下列說法正確的是
A．該條件下的最佳反應溫度為220 ℃
B．240 ℃時，CH3CHO的產率為32.55%
C．由圖可推知，乙醇脫氫反應的活化能高于乙醇裂解的活化能
D．升高溫度和增大壓強均能提高催化脫氫反應中乙醇的平衡轉化率
7．通常合成甲醇的主要反應為CO(g)＋2H2 (g) CH3OH(g)，起始時容器中只有a mol·L-1 CO和b mol·L-1 H2，平衡時測得混合氣體中CH3OH的物質的量分數[φ(CH3OH)]與溫度(T)、壓強(p)之間的關系如圖所示。
（1）壓強為p1，溫度為T1和T2時對應的平衡常數分別為K1、K2，則K1________K2（填“>”“<”或“＝”）；若恒溫(T1)恒容條件下，起始時a＝2、b＝4，測得平衡時混合氣體的壓強為p1 kPa（如圖所示），則T1時該反應的壓強平衡常數Kp＝________ 。（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數，用含p1的代數式表示)
（2）若在溫度為T1、壓強為p1的條件下向密閉容器中加入等物質的量的CO、H2、CH3OH氣體，則反應開始時v(CO)正______v(CO)逆(填“>”“<”“＝”或“無法確定”)。
（3）若恒溫恒容條件下，起始時a＝1、b＝2，則下列敘述能說明反應達到化學平衡狀態的是________。
A．混合氣體的密度不再隨時間的變化而變化
B．混合氣體的平均摩爾質量不再隨時間的變化而變化
C．CO、H2的物質的量濃度之比為1∶2，且不再隨時間的變化而變化
D．若將容器改為絕熱恒容容器時，平衡常數K不隨時間變化而變化
8．CH4－CO2重整能獲得氫能，同時能高效轉化溫室氣體。
（1）CH4－CO2重整反應的熱化學方程式為
反應Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
反應Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ·mol-1
反應Ⅲ：CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3＝＋75 kJ·mol-1
1.01×105Pa下，將n起始(CO2)∶n起始(CH4)＝1∶1的混合氣體置于密閉容器中，不同溫度下重整體系中，平衡時各組分的物質的量分數如圖1所示。
①CH4－CO2重整的主反應為________（填“反應Ⅰ”“反應Ⅱ”或“反應Ⅲ”），判斷的理由是_____________________________________________________________________。
②450～750 ℃時，平衡體系中CH4物質的量分數比CO2略大的原因是_________________________________________________________________。
圖1 圖2
（2）CH4－CO2重整過程中的積碳是反應催化劑失活的主要原因。積碳反應除反應Ⅲ外，還發生反應Ⅳ：2CO(g)C(s)＋CO2(g) ΔH4＝－172 kJ·mol-1，積碳反應能迅速到達平衡狀態。
CH4－CO2重整反應中1 g催化劑上產生的積碳的質量與溫度的關系如圖2所示。
①ΔH1＝________ kJ·mol-1。
②溫度低于700 ℃時，積碳的質量隨溫度的升高而增多的原因是___________________。
（3）在催化劑a和催化劑b分別作用下，CH4－CO2重整反應相同時間，控制其他條件相同，催化劑表面均產生積碳。對附著積碳的催化劑a和催化劑b在空氣中加熱以除去積碳（該過程催化劑不發生反應），固體的質量變化如圖3所示。則重整反應中能保持較長時間催化活性的是________（填“催化劑a”或“催化劑b”），判斷的理由是__________________。
圖3
【隨堂反饋】答案
1．B 2．C 3．C 4．D 5．B 6．B
7．（1）>　 kPa-2（單位不要求）　
（2）>　（3）BD
8．（1）①反應Ⅰ H2O的物質的量分數非常小 ②反應Ⅱ消耗CO2的量大于反應Ⅲ消耗CH4的量
（2）①＋247 ②溫度低于700 ℃時，溫度升高有利于反應Ⅲ進行，不利于反應Ⅳ進行，且溫度對反應Ⅲ的影響大于對反應Ⅳ的影響
（3）催化劑b 剩余固體的質量與原始固體質量的比值越大，說明催化劑表面的積碳質量越小，催化活性保持時間就越長，催化劑b的剩余固體的質量與原始固體質量的比值大于催化劑a
【課后作業】
1．已知：2CH3COCH3(l)CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3分別在0℃和20 ℃下反應，測得其轉化率(α)隨時間(t)變化的曲線如圖所示。下列說法正確的是
A．曲線Ⅱ表示20 ℃時的轉化反應
B．升高溫度能提高反應物的平衡轉化率
C．在a點時，曲線Ⅰ和曲線Ⅱ表示反應的化學平衡常數相等
D．化學反應速率的大小順序為d>b>c
2．一定條件下，反應2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH>0，達到平衡時N2的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示。下列說法正確的是
A．壓強：p1>p2
B．b、c兩點對應的平衡常數：Kc>Kb
C．a點：2v正(NH3)＝3v逆(H2)
D．a點：NH3的轉化率為
3．用ZSM-5分子篩催化1-丁烯裂解制丙烯的反應體系中，主要發生的反應如下：
反應Ⅰ：3C4H8(g)===4C3H6(g) ΔH＝＋579 kJ·mol-1
反應Ⅱ：C4H8(g)===2C2H4(g) ΔH＝＋283 kJ·mol-1
已知催化劑ZSM－5分子篩的篩孔孔徑越小，越有利于生成碳原子數少的產物。在0.5 MPa下，上述體系平衡時丁烯、丙烯、乙烯的質量分數與溫度的關系如圖所示。下列說法正確的是
A．圖中曲線X表示丁烯的質量分數隨溫度的變化
B．在0.5 MPa下，該工藝選擇的適宜溫度為300 ℃
C．C4H8(g)＋C2H4(g)===2C3H6(g)的ΔH＝＋296 kJ·mol-1
D．高于500 ℃，丙烯質量分數降低可能是因為裂解產生的碳顆粒附著在ZSM－5分子篩的篩孔上所致
4．一種捕獲并資源化利用CO2的方法是將CO2催化加氫合成CH3OCH3，其過程中主要發生如下反應：
Ⅰ：2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH1＝－122.5 kJ·mol-1
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol-1
向恒壓密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，CO2的平衡轉化率和平衡時CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖所示。下列說法錯誤的是
A．2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－204.9 kJ·mol-1
B．由圖可知，210 ℃時以反應Ⅰ為主，300 ℃時，以反應Ⅱ為主
C．增大反應體系壓強，CH3OCH3選擇性增大
D．反應狀態達A點時，容器中n(CH3OCH3)為 mol
5．諾貝爾獎得主George A. Olah提出的“甲醇經濟”是指利用工業廢氣或大氣捕獲的CO2制備甲醇，以減輕人類對化石燃料的依賴。該過程發生的主要反應如下：
①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.4 kJ·mol-1
②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2
③CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH3＝－90.5 kJ·mol-1
在4.0 MPa條件下，將n(H2)∶n(CO2)為3∶1的混合氣體以一定流速通過裝有Cu基催化劑的反應管，在出口處測得CO2轉化率、CH3OH產率與溫度的關系如圖所示。下列說法不正確的是
A．反應②的ΔH2>0、ΔS>0
B．曲線a表示CO2轉化率隨溫度的變化
C．測得圖中A點數據時，上述反應恰好處于平衡狀態
D．不同溫度時，出口處各氣體物質的量均滿足關系：
n(H2)＋n(H2O)＝3n(CO2)＋3n(CO)＋n(CH3OH)
6．我國力爭于2030年前做到碳達峰，2060年前實現碳中和。資源化利用碳氧化合物能有效減少CO2排放，實現自然界中的碳循環。
（1）以CO2、C2H6為原料合成C2H4涉及的主要反應如下：
Ⅰ. CO2(g)＋C2H6(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g) ΔH＝＋177 kJ·mol-1 (主反應)
Ⅱ. C2H6(g)===CH4(g)＋H2(g)＋C(s) ΔH＝＋9 kJ·mol-1 (副反應)
反應Ⅰ的反應歷程可分為如下兩步：
ⅰ. C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1
ⅱ. H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g) ΔH2＝＋41 kJ·mol-1
①ΔH1＝________________。
②相比于提高c(C2H6)，提高c(CO2)對反應Ⅰ速率影響更大，原因是____________________。
③0.1MPa時，向一恒容密閉容器中充入物質的量之比為2∶1的CO2(g)和C2H6(g)，反應物轉化率與反應溫度的關系如圖1所示。在800 ℃，C2H4(g)的選擇性為_____。
圖1
（2）CO2可制甲烷化，CO2可制甲烷化過程中，CO2活化的可能途徑如圖2所示。CO是CO2活化的優勢中間體，可能的原因是_________________________________________。
圖2 圖3
（3）CO2可用CaO吸收，發生反應：CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)。在不同溫度下，達到平衡時體系中CO2的物質的量濃度與溫度的關系如圖3所示。900 ℃下的c(CO2)遠大于800 ℃下的c(CO2)，其原因是_______________________________________________________。
7．工廠煙氣(主要污染物SO2、NO)直接排放會造成空氣污染，需處理后才能排放。
（1）O3氧化。O3氧化過程中部分反應的能量變化如圖1所示。
圖1
①已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·mol-1，則反應2O3(g)3O2(g) 的ΔH＝________ kJ·mol-1。
②其他條件不變時，增加n(O3)，O3氧化SO2的反應幾乎不受影響，其可能原因是___________。
（2）NaClO2氧化。40 ℃時向一定量NaClO2溶液中按一定流速持續通入工廠煙氣，溶液的pH與ORP值（氧化還原電位）隨時間變化如圖2所示。
圖2
①寫出NO與ClO2－反應的離子方程式：_______________________________。
②煙氣中含有少量SO2，能提高NO的脫除率，可能原因是________________。
（3）TiO2光催化。主要是利用TiO2光催化劑在紫外線作用下產生的高活性自由基（·OH、·O2－）和h＋（h＋代表空位，空位有很強的得電子能力），將煙氣中的SO2、NO等氧化除去。TiO2光催化劑粒子表面產生·OH的機理如圖3所示（圖中部分產物略去）。已知TiO2中電子躍遷的能量為3.2 eV。
圖3
①TiO2光催化劑在紫外線作用下產生·OH的過程可描述為________________________。
②在TiO2中摻雜一定量的金屬離子可提高光催化活性。對所摻雜金屬離子的要求是________________________。
【課后作業】答案
1．D 2．B 3．D 4．D 5．C
6．（1）①＋136 kJ/mol ②反應ⅱ速率較慢(活化能較大)，是反應Ⅰ的決速步驟 ③80%
（2）生成中間體反應的活化能小，反應快；CO中間體能量低，穩定，利于生成(或反應放熱，利于中間體的生成)
（3）由于CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s) ΔH<0，溫度升高，K減小，K＝，溫度升高平衡體系中c(CO2)增大
7．（1）①－285.2
②SO2與O3反應的活化能比NO與O3反應的活化能大得多，其他條件不變時SO2與O3的反應速率慢
（2）①4NO＋3ClO2－＋2H2O===4NO3－＋4H＋＋3Cl－
②SO2能溶于水，反應生成H2SO3使溶液pH降低，ORP值增大，氧化能力增強， NO去除率升高
（3）①催化劑在紫外線的作用下，將電子激發到CB端，而在VB端留下空位，氧氣在CB端得電子生成·O2－，·O2－結合H2O生成H2O2，H2O2在CB端生成·OH；H2O和OH－進入VB端的空位生成·OH
②摻雜金屬離子引起電子躍遷的能量小于3.2 eV。
7

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