資源簡介

第47講　實際工業生產中圖像問題分類突破
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。
類型一　轉化率—投料比圖像
【典題示例】
典例[2023·湖南卷，13]向一恒容密閉容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，發生反應：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡轉化率按不同投料比x(x＝)隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．x1B．反應速率：vb正C．點a、b、c對應的平衡常數：KaD．反應溫度為T1，當容器內壓強不變時，反應達到平衡狀態
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【師說·延伸】　 投料比與轉化率之間的關系
以N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)為例，當N2與H2的投料比為1∶3(系數比)時，N2與H2的平衡轉化率相等，且平衡時NH3的體積分數最大；增大N2與H2的投料比，則α(H2)增大，α(N2)減??；減小N2與H2的投料比，則α(H2)減小，α(N2)增大。
【對點演練】
1．(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”)。
2．在保持體系總壓為105 Pa的條件下進行反應：SO2(g)＋O2(g) SO3(g)，原料氣中SO2和O2的物質的量之比m（m＝）不同時，SO2的平衡轉化率與溫度(T)的關系如圖所示：
(1)圖中m1、m2、m3的大小順序為________。反應的化學平衡常數Kp表達式為________(用平衡分壓代替平衡濃度表示)。
(2)圖中A點原料氣的成分：n(SO2)＝10 mol，n(O2)＝24.4 mol，n(N2)＝70 mol，達平衡時SO2的分壓p(SO2)為________ Pa(分壓＝總壓×物質的量分數)。
類型二　選擇性—溫度圖像
【典題示例】
典例1 [2023·湖南卷，16(3)]在913 K、100 kPa下，以水蒸氣作稀釋氣。Fe2O3作催化劑，除乙苯脫氫生成苯乙烯外[④C6H5C2H5(g) C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)]，還會發生如下兩個副反應：
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)＋CH2===CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g)
以上反應體系中，芳香烴產物苯乙烯、苯和甲苯的選擇性S(S＝×100%)隨乙苯轉化率的變化曲線如圖所示，其中曲線b代表的產物是______________________，理由是_______________________________________________。
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典例2 [2022·江蘇卷，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。
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
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【對點演練】
1．CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2資源化利用的方法，其過程中主要發生如下兩個反應：
反應 Ⅰ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH1
反應Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　
ΔH2＝－122.5 kJ·mol－1
在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下，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。
已知：CH3OCH3的選擇性＝×100%
下列說法不正確的是(　　)
A．反應2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)的焓變為ΔH2－2ΔH1
B．根據圖像推測ΔH1>0
C．其他條件不變時，溫度越高，CO2主要還原產物中碳元素的價態越低
D．其他條件不變時，增大體系壓強可以提高A點CH3OCH3的選擇性
2．CO2催化加氫合成甲醇是重要的碳捕獲利用與封存技術，該過程發生下列反應：
反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－58.6 kJ·mol－1
反應 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1
2．5 MPa下，將n(H2)∶n(CO2)＝3的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應器，測得CO2的轉化率、CH3OH或CO的選擇性以及CH3OH的收率(CO2的轉化率×CH3OH的選擇性)隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)ΔH＝＋99.8 kJ·mol－1
B．曲線a表示CH3OH的選擇性隨溫度的變化
C．圖中所示270 ℃時，對應CO2的轉化率為21%
D．在210～250 ℃之間，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的選擇性增大導致
3．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) 催化劑2C3H6(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－236 kJ·mol－1(ⅰ)
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”或“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，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
類型三　選擇最佳反應條件圖像
【典題示例】
典例1 [2023·湖北卷，19(6)]納米碗C40H10是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下可以由C40H20分子經過連續5步氫抽提和閉環脫氫反應生成。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反應機理和能量變化如下：
下列措施既能提高反應物的平衡轉化率，又能增大生成C40H10的反應速率的是________(填標號)。
a．升高溫度　b．增大壓強　c．加入催化劑
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典例2 [2023·浙江1月，19(4)]“碳達峰·碳中和”是我國社會發展重大戰略之一，CH4還原CO2是實現“雙碳”經濟的有效途徑之一，相關的主要反應有：
Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol－1，K1
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol－1，K2
CH4還原能力(R)可衡量CO2轉化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一時段內CO2與CH4的物質的量變化量之比)。催化劑X可提高R值，一時段內CH4轉化率、R值隨溫度變化如下表：
溫度/℃ 480 500 520 550
CH4轉化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
下列說法不正確的是________。
A．R值提高是由于催化劑X選擇性地提高反應Ⅱ的速率
B．溫度越低，含氫產物中H2O占比越高
C．溫度升高，CH4轉化率增加，CO2轉化率降低，R值減小
D．改變催化劑提高CH4轉化率，R值不一定增大
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【對點演練】
1．(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．(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＝。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________________。
第47講　實際工業生產中圖像問題分類突破
類型一
典題示例
典例　解析：
結合圖像分析可知，A項正確，B項錯誤；該反應為吸熱反應，溫度升高，平衡常數增大，結合圖像可知平衡常數Ka答案：B
對點演練
1．答案：(1)2.0　(2)放熱　不變
2．解析：(1)在同溫同壓下，增加二氧化硫的量，會使原料氣中SO2和O2的物質的量之比m變大，m越大，SO2的平衡轉化率越小。
(2)A點二氧化硫的平衡轉化率為88%，可列三段式：
　　　 　SO2(g)　?。　2(g) 　 　SO3(g)
起始/mol 10 24.4 0
變化/mol 10×88% ×10×88% 10×88%
平衡/mol 10×12% 24.4－5×88% 10×88%
平衡時，混合氣體總物質的量為[10×12%＋(24.4－5×88%)＋10×88%＋70] mol＝100 mol。達平衡時SO2的分壓p(SO2)＝×105 Pa＝1 200 Pa。
答案：(1)m1>m2>m3　Kp＝　(2)1 200
類型二
典題示例
典例1　解析：曲線a芳香烴產物的選擇性大于曲線b、c芳香烴產物的選擇性，反應④為主反應，反應⑤⑥為副反應，則曲線a代表產物苯乙烯的選擇性；反應④⑤的正反應為氣體分子數增大的反應，反應⑥的正反應是氣體分子數不變的反應；在913 K、100 kPa(即恒溫恒壓)下以水蒸氣作稀釋氣，乙苯的轉化率增大，即減小壓強，反應④⑤都向正反應方向移動，反應⑥平衡不移動，故曲線b代表的產物是苯。
答案：苯　反應④為主反應，反應⑤⑥為副反應，苯乙烯的選擇性最大；在恒溫恒壓下，隨乙苯轉化率的增大，反應⑤正向移動，反應⑥不移動，則曲線b代表產物苯
典例2　解析：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、B錯誤；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；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。
答案：D
對點演練
1．解析：由蓋斯定律可知，反應2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)可由Ⅱ－2×Ⅰ得到，其焓變為ΔH2－2ΔH1，A正確；反應Ⅱ為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，由圖可知隨著溫度的升高，二氧化碳的平衡轉化率下降速率小于二甲醚的選擇性下降速率，且高于300 ℃時二氧化碳的平衡轉化率升高，說明反應Ⅰ正向進行，正反應為吸熱反應，ΔH1>0，B正確；由B分析可知，其他條件不變時，溫度越高，反應Ⅰ占據主導地位，CO2主要還原產物為CO，CO中碳元素的價態較高，C錯誤；反應Ⅰ為氣體分子數不變的反應，反應Ⅱ為氣體分子數減小的反應，其他條件不變時，增大體系壓強，導致反應Ⅱ平衡正向移動，可以提高A點CH3OCH3的選擇性，D正確。
答案：C
2．解析：將反應Ⅰ－反應Ⅱ得，CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH＝(－58.6－41.2) kJ·mol－1＝－99.8 kJ·mol－1，A錯誤；曲線a代表CO的選擇性隨溫度的變化，B錯誤；圖中所示270 ℃時，CO的選擇性為70%，則甲醇的選擇性為30%，故CO2的轉化率為＝21%，C正確；在210～250 ℃之間，反應Ⅰ未達平衡，CH3OH的收率增大是由于溫度升高，生成CH3OH的反應速率增大導致，D錯誤。
答案：C
3．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ⅲ可知平衡時該反應消耗的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%；
③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；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；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；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?、?0　③ac
類型三
典題示例
典例1　解析：由反應歷程可知，該反應為吸熱反應，升溫，反應正向進行，提高了平衡轉化率，反應速率也加快，a符合題意；由化學方程式可知，該反應為正向體積增大的反應，加壓，反應逆向進行，降低了平衡轉化率，b不符合題意；加入催化劑，平衡不移動，不能提高平衡轉化率，c不符合題意。
答案：a
典例2　解析：R值提高是由于催化劑X選擇性地提高反應Ⅱ的速率，使單位時間內反應Ⅱ中CO2的轉化率增大，Δn(CO2)增大的倍數比Δn(CH4)大，則R提高，選項A正確；根據表中數據可知，溫度越低，CH4轉化率越小，而R越大，Δn(CO2)增大的倍數比Δn(CH4)大，含氫產物中H2O占比越高，選項B正確；溫度升高，CH4轉化率增加，CO2轉化率也增大，且兩個反應中的CO2轉化率均增大，增大倍數多，故R值增大，選項C不正確；改變催化劑使反應有選擇性按反應Ⅰ進行而提高CH4轉化率，若CO2轉化率減小，則R值不一定增大，選項D正確。
答案：C
對點演練
1．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%　②選擇相對較低的溫度
2．答案：(1)a
(2)①6NO＋3O2＋2C2H43N2＋4CO2＋4H2O　
②350 ℃、負載率3.0%(共42張PPT)
第47講　實際工業生產中圖像問題分類突破
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。
類型一
類型二
類型三
類型一
類型一　轉化率—投料比圖像
【典題示例】
典例[2023·湖南卷，13]向一恒容密閉容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，發生反應：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡轉化率按不同投料比x(x＝)隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．x1B．反應速率：vb正C．點a、b、c對應的平衡常數：KaD．反應溫度為T1，當容器內壓強不變時，
反應達到平衡狀態
答案：B
解析：結合圖像分析可知，A項正確，B項錯誤；該反應為吸熱反應，溫度升高，平衡常數增大，結合圖像可知平衡常數Ka【師說·延伸】　
投料比與轉化率之間的關系
以N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)為例，當N2與H2的投料比為1∶3(系數比)時，N2與H2的平衡轉化率相等，且平衡時NH3的體積分數最大；增大N2與H2的投料比，則α(H2)增大，α(N2)減小；減小N2與H2的投料比，則α(H2)減小，α(N2)增大。
【對點演練】
1．(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。
2.0
(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”)。
放熱
不變
2．在保持體系總壓為105 Pa的條件下進行反應：SO2(g)＋O2(g) SO3(g)，原料氣中SO2和O2的物質的量之比m（m＝）不同時，SO2的平衡轉化率與溫度(T)的關系如圖所示：
(1)圖中m1、m2、m3的大小順序為________。反應的化學平衡常數Kp表達式為______________(用平衡分壓代替平衡濃度表示)。
(2)圖中A點原料氣的成分：n(SO2)＝10 mol，n(O2)＝24.4 mol，n(N2)＝70 mol，達平衡時SO2的分壓p(SO2)為________ Pa(分壓＝總壓×物質的量分數)。
m1>m2>m3
Kp＝
1 200
解析：(1)在同溫同壓下，增加二氧化硫的量，會使原料氣中SO2和O2的物質的量之比m變大，m越大，SO2的平衡轉化率越小。
(2)A點二氧化硫的平衡轉化率為88%，可列三段式：
　　　 　SO2(g)　　＋　　O2(g) 　 　SO3(g)
起始/mol 10 24.4 0
變化/mol 10×88% ×10×88% 10×88%
平衡/mol 10×12% 24.4－5×88% 10×88%
平衡時，混合氣體總物質的量為[10×12%＋(24.4－5×88%)＋10×88%＋70] mol＝100 mol。達平衡時SO2的分壓p(SO2)＝×105 Pa＝1 200 Pa。
類型二
類型二　選擇性—溫度圖像
【典題示例】
典例1 [2023·湖南卷，16(3)]在913 K、100 kPa下，以水蒸氣作稀釋氣。Fe2O3作催化劑，除乙苯脫氫生成苯乙烯外[④C6H5C2H5(g) C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)]，還會發生如下兩個副反應：
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)＋CH2===CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g)
以上反應體系中，芳香烴產物苯乙烯、苯和甲苯的選擇性S(S＝×100%)隨乙苯轉化率的變化曲線如圖所示，其中曲線b代表的產物是_______，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________。
苯
反應④為主反應，反應⑤⑥為副反應，苯乙烯的選擇性最大；在恒溫恒壓下，隨乙苯轉化率的增大，反應⑤正向移動，反應⑥不移動，則曲線b代表產物苯
解析：曲線a芳香烴產物的選擇性大于曲線b、c芳香烴產物的選擇性，反應④為主反應，反應⑤⑥為副反應，則曲線a代表產物苯乙烯的選擇性；反應④⑤的正反應為氣體分子數增大的反應，反應⑥的正反應是氣體分子數不變的反應；在913 K、100 kPa(即恒溫恒壓)下以水蒸氣作稀釋氣，乙苯的轉化率增大，即減小壓強，反應④⑤都向正反應方向移動，反應⑥平衡不移動，故曲線b代表的產物是苯。
典例2 [2022·江蘇卷，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。
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
答案：D
解析：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、B錯誤；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；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。
【對點演練】
1．CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2資源化利用的方法，其過程中主要發生如下兩個反應：
反應 Ⅰ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH1
反應Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　
ΔH2＝－122.5 kJ·mol－1
在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下，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。
已知：CH3OCH3的選擇性＝×100%
下列說法不正確的是(　　)
A．反應2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)的焓變為ΔH2－2ΔH1
B．根據圖像推測ΔH1>0
C．其他條件不變時，溫度越高，CO2主要還原產物中碳元素的價態越低
D．其他條件不變時，增大體系壓強可以提高A點CH3OCH3的選擇性
答案：C
解析：由蓋斯定律可知，反應2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)可由Ⅱ－2×Ⅰ得到，其焓變為ΔH2－2ΔH1，A正確；反應Ⅱ為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，由圖可知隨著溫度的升高，二氧化碳的平衡轉化率下降速率小于二甲醚的選擇性下降速率，且高于300 ℃時二氧化碳的平衡轉化率升高，說明反應Ⅰ正向進行，正反應為吸熱反應，ΔH1>0，B正確；由B分析可知，其他條件不變時，溫度越高，反應Ⅰ占據主導地位，CO2主要還原產物為CO，CO中碳元素的價態較高，C錯誤；反應Ⅰ為氣體分子數不變的反應，反應Ⅱ為氣體分子數減小的反應，其他條件不變時，增大體系壓強，導致反應Ⅱ平衡正向移動，可以提高A點CH3OCH3的選擇性，D正確。
2．CO2催化加氫合成甲醇是重要的碳捕獲利用與封存技術，該過程發生下列反應：
反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－58.6 kJ·mol－1
反應 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1
2．5 MPa下，將n(H2)∶n(CO2)＝3的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應器，測得CO2的轉化率、CH3OH或CO的選擇性以及CH3OH的收率(CO2的轉化率×CH3OH的選擇性)隨溫度的變化如圖所示。
下列說法正確的是(　　)
A．CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)ΔH＝＋99.8 kJ·mol－1
B．曲線a表示CH3OH的選擇性隨溫度的變化
C．圖中所示270 ℃時，對應CO2的轉化率為21%
D．在210～250 ℃之間，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的選擇性增大導致
答案：C
解析：將反應Ⅰ－反應Ⅱ得，CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH＝(－58.6－41.2) kJ·mol－1＝－99.8 kJ·mol－1，A錯誤；曲線a代表CO的選擇性隨溫度的變化，B錯誤；圖中所示270 ℃時，CO的選擇性為70%，則甲醇的選擇性為30%，故CO2的轉化率為＝21%，C正確；在210～250 ℃之間，反應Ⅰ未達平衡，CH3OH的收率增大是由于溫度升高，生成CH3OH的反應速率增大導致，D錯誤。
3．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) 催化劑2C3H6(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－236 kJ·mol－1(ⅰ)
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”或“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%)
降低
升高溫度，反應ⅰ的化學平衡逆向移動
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)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，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
溫度控制在650 ℃ ，丙烯選擇性高，反應速率快，平衡常數較大
50
ac
解析：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%；
③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；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；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；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。
類型三
類型三　選擇最佳反應條件圖像
【典題示例】
典例1 [2023·湖北卷，19(6)]納米碗C40H10是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下可以由C40H20分子經過連續5步氫抽提和閉環脫氫反應生成。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反應機理和能量變化如下：
下列措施既能提高反應物的平衡轉化率，又能增大生成C40H10的反應速率的是________(填標號)。
a．升高溫度　b．增大壓強　c．加入催化劑
a
解析：由反應歷程可知，該反應為吸熱反應，升溫，反應正向進行，提高了平衡轉化率，反應速率也加快，a符合題意；由化學方程式可知，該反應為正向體積增大的反應，加壓，反應逆向進行，降低了平衡轉化率，b不符合題意；加入催化劑，平衡不移動，不能提高平衡轉化率，c不符合題意。
典例2 [2023·浙江1月，19(4)]“碳達峰·碳中和”是我國社會發展重大戰略之一，CH4還原CO2是實現“雙碳”經濟的有效途徑之一，相關的主要反應有：
Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol－1，K1
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol－1，K2
CH4還原能力(R)可衡量CO2轉化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一時段內CO2與CH4的物質的量變化量之比)。催化劑X可提高R值，一時段內CH4轉化率、R值隨溫度變化如下表：
溫度/℃ 480 500 520 550
CH4轉化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
下列說法不正確的是________。
A．R值提高是由于催化劑X選擇性地提高反應Ⅱ的速率
B．溫度越低，含氫產物中H2O占比越高
C．溫度升高，CH4轉化率增加，CO2轉化率降低，R值減小
D．改變催化劑提高CH4轉化率，R值不一定增大
答案：C
解析：R值提高是由于催化劑X選擇性地提高反應Ⅱ的速率，使單位時間內反應Ⅱ中CO2的轉化率增大，Δn(CO2)增大的倍數比Δn(CH4)大，則R提高，選項A正確；根據表中數據可知，溫度越低，CH4轉化率越小，而R越大，Δn(CO2)增大的倍數比Δn(CH4)大，含氫產物中H2O占比越高，選項B正確；溫度升高，CH4轉化率增加，CO2轉化率也增大，且兩個反應中的CO2轉化率均增大，增大倍數多，故R值增大，選項C不正確；改變催化劑使反應有選擇性按反應Ⅰ進行而提高CH4轉化率，若CO2轉化率減小，則R值不一定增大，選項D正確。
【對點演練】
1．(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__________________________________________________________。
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)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__________________。
51.5%
選擇相對較低的溫度
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。
2．(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＝。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________。
a
(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________________。
350 ℃、負載率3.0%

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