資源簡介

一、主干知識——在微點判斷中澄清
1.判斷下列有關化學反應速率敘述的正誤
(1)對于反應H2+Cl22HCl,化學反應速率可表示為v=a mol·L-1·s-1 (　　)
(2)化學反應速率為一段時間內的平均速率 (　　)
(3)化學反應速率可以為負值,如逆反應速率 (　　)
(4)化學反應速率通常用單位時間內任何一種反應物濃度的減小或任何一種生成物濃度的增加來表示 (　　)
(5)對于不同條件下的同一反應,同一反應物或生成物的物質的量的變化量大,反應就一定快 (　　)
(6)在1 L的密閉容器中發生反應:A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),在2 min內用B表示的反應速率逐漸減小,用D表示的反應速率逐漸增大 (　　)
2.判斷下列有關影響反應速率因素敘述的正誤
(1)增加少量固體反應物的質量,化學反應速率增大 (　　)
(2)恒容體系發生反應:2SO2+O22SO3　ΔH<0,升高溫度,v正增大,v逆減小 (　　)
(3)升高溫度,吸熱反應速率會加快而放熱反應速率會減慢 (　　)
(4)恒溫恒容密閉容器中發生的全為氣體的反應,若容器內總壓強增大,則反應速率一定增大 (　　)
3.判斷下列有關活化能敘述的正誤
(1)當碰撞的分子具有足夠的能量和適當的取向時才能發生化學反應 (　　)
(2)催化劑能降低反應所需的活化能,ΔH也會發生變化 (　　)
(3)活化能越高,反應越難發生,反應速率越慢 (　　)
(4)增大壓強,活化分子百分數增大,化學反應速率一定增大 (　　)
(5)升高反應體系溫度,活化分子百分數增大,化學反應速率一定增大 (　　)
4.判斷下列有關化學平衡移動敘述的正誤
(1)化學平衡發生移動,化學反應速率一定改變,但化學反應速率改變,化學平衡不一定發生移動 (　　)
(2)反應達到平衡狀態時,其他條件不變,分離出固體生成物,v正減慢 (　　)
(3)對于反應:3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g)　ΔH<0,其他條件不變,增大Si3N4的物質的量,平衡向左移動 (　　)
(4)升高溫度,平衡向吸熱反應方向移動,此時v放減小,v吸增大 (　　)
(5)對于反應:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0,降低溫度,正反應速率減小程度比逆反應速率減小程度大 (　　)
5.判斷下列有關化學平衡常數敘述的正誤
(1)平衡常數表達式中,可以是物質的任一濃度 (　　)
(2)溫度升高,化學平衡常數一定增大 (　　)
(3)平衡常數發生變化,化學平衡不一定發生移動 (　　)
(4)催化劑能改變化學反應速率,也能改變平衡常數 (　　)
(5)化學方程式中化學計量數等倍擴大或縮小,化學平衡常數不會發生改變 (　　)
6.判斷下列有關化學反應方向敘述的正誤
(1)在一定條件下,不用借助外力就能自發進行的過程是自發過程 (　　)
(2)室溫下冰變成水屬于自發過程 (　　)
(3)能自發進行的反應,反應速率一定很大 (　　)
(4)O2轉化變為O3時,熵減小 (　　)
(5)熵增的反應一定能自發進行 (　　)
(6)由焓判據和熵判據組合而成的復合判據,將更適合于所有的過程 (　　)
7.判斷下列有關化學反應調控敘述的正誤
(1)工業合成氨的反應是ΔH<0、ΔS<0的反應,在任何溫度下都可自發進行 (　　)
(2)在合成氨中,加入催化劑能提高原料的轉化率 (　　)
(3)催化劑在合成氨中質量沒有改變,因此催化劑沒有參與反應 (　　)
(4)增大反應物的濃度,減小生成物的濃度,可以提高氨的產率 (　　)
(5)在工業生產條件優化時,只考慮經濟性就行,不用考慮環保 (　　)
(6)合成氨反應選擇在400~500 ℃進行的重要原因是催化劑在500 ℃左右時的活性最大 (　　)
二、綜合思維——在知識融會中貫通
(一)化學反應速率
　　[綜合訓練]
1.(2025·武漢高二檢測)對于反應“CO(g)+NO2(g) CO2(g)+NO(g)”,其速率方程為v=kc2(NO2),k為速率常數,只與溫度有關,則下列說法正確的是 (　　)
A.升高溫度,v正增大,v逆減小
B.增大CO的濃度,化學反應速率不變
C.反應達到平衡后,縮小體積,平衡正向移動
D.該反應速率由反應物共同影響
2.(2025·吉林高二期末)已知反應2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)的速率方程為v=kc2(NO)·c(H2)(k為速率常數),其反應歷程如下:
①2NO+H2N2+H2O2慢
②H2O2+H22H2O快
下列說法不正確的是 (　　)
A.增大c(NO) 或c(H2),均可提高總反應的反應速率
B.c(NO)、c(H2)增大相同的倍數,對總反應的反應速率的影響程度相同
C.該反應的快慢主要取決于反應①
D.升高溫度,可提高反應①、②的速率
3.一定條件下,溶液的酸堿性對TiO2光催化染料R降解反應的影響如圖所示。下列判斷正確的是 (　　)
A.在0~50 min之間, pH=2和pH=7時R的降解百分率相等
B.溶液酸性越強,R的降解速率越小
C.R的起始濃度越小,降解速率越大
D.在20~25 min之間,pH=10時R的平均降解速率為0.04 mol·L-1·min-1
(二)化學平衡　
　　
[綜合訓練]
4.(2025·十堰高二檢測)在恒溫恒容密閉容器中,投入一定量X,發生反應:2X(g) 2Y(g)+Z(g),下列敘述中能說明該反應達到平衡狀態的是 (　　)
①單位時間內生成n mol Z的同時消耗2n mol Y ②Y的濃度不再改變
③Y與Z的物質的量之比為2∶1 ④2v正(Y)=v逆(Z)
⑤混合氣體的平均相對分子質量不再改變 ⑥容器內密度不再改變
A.①②③　　　　 B.①②⑤
C.②③⑤ D.②④⑥
5.在固定容積的密閉容器中,進行如下反應:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,其化學平衡常數K與溫度的關系如表。下列說法正確的是 (　　)
溫度/℃ 25 125 225 …
平衡常數 4.1×106 K1 K2 …
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)能說明反應已達平衡
B.平衡常數K1=K2
C.混合氣體的平均摩爾質量不再改變不能說明反應已達平衡
D.壓強增大,速率一定增大
6.(2025·黃岡高二期末)向密閉容器中充入2 mol CO2和6 mol H2,發生反應CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH,測得反應在不同壓強、不同溫度下,平衡混合物中CH3OH體積分數如圖Ⅰ所示,測得反應時逆反應速率與容器中c(CH3OH)關系如圖Ⅱ所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.壓強:p1>p2,平衡常數:K(C)>K(A)>K(B)
B.圖Ⅰ中p2條件下,A和C兩點反應速率:v逆(A)>v正(C)
C.恒溫恒壓時,若反應從開始到A點達平衡,則CO2的平衡轉化率約為66.7%
D.圖Ⅱ中當x點平衡體系降溫至某一溫度時,反應可重新達平衡狀態,新平衡點可能是c
(三)化學反應的方向　
　　[綜合訓練]
7.下列關于化學反應方向的說法正確的是 (　　)
A.凡是放熱的反應都是自發反應
B.凡是需要加熱才發生的反應都是非自發反應
C.凡是熵增的反應都是自發反應
D.反應是否自發,需要綜合考慮反應焓變和熵變
8.下列反應既是氧化還原反應且在任何溫度下都能正向自發進行的是 (　　)
A.2KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g) ΔH<0
B.2CO(g)2C(s,石墨)+O2(g)　ΔH>0
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)　ΔH<0
D.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0
9.(2025·咸陽高二檢測)已知:在25 ℃、100 kPa下白錫轉化為灰錫的反應焓變和熵變分別為ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.6 J·mol-1·K-1。現把白錫制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室內,它會不會變成灰錫而不能再繼續使用 (　　)
A.會變成灰錫
B.只有繼續升高溫度才會變成灰錫
C.只有繼續降低溫度才會變成灰錫
D.無法確定
(四)化學反應的調控　
　　[綜合訓練]
10.(2025·江門高二檢測)在一定條件下的密閉容器中發生反應C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)　ΔH>0,當達到平衡時,下列各項措施中,既能提高反應速率又能提高乙烷平衡轉化率的是 (　　)
A.減小容器的容積` B.升高反應的溫度
C.分離出部分氫氣 D.恒容下通入氦氣
11.(2025·南通高二階段檢測)合成氨是人工固氮的主要途徑,工業生產采用Haber Bosch法,反應條件嚴苛,能源消耗大。制取氫氣原料的途徑之一為CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。研究N2和H2的反應機理,有利于開發新的氨氣合成技術。2007年度諾貝爾化學獎獲得者格哈德埃特爾,確認了合成氨反應機理。合成氨的催化歷程如圖所示(、、、分別表示N2、H2、NH3和固體催化劑)。下列說法不正確的是 (　　)
A.使用催化劑可降低合成氨反應的活化能,從而提高單位時間內原料氣的轉化率
B.由于N2吸附分解的活化能最高,因此適當提高原料氣中氮氣的比例能加快合成氨的進行
C.及時將產生的氨氣液化分離,在催化劑表面空出更多的活性中心,能保持足夠高的反應速率
D.工業合成氨采用500 ℃左右的高溫,目的是提高合成氨的平衡產率
12.工業上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3):CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g),在容積固定的密閉容器中,投入等物質的量的CH3OH和CO,測得相同時間內CO的轉化率隨溫度的變化如圖所示。下列說法不正確的是 (　　)
A.增大壓強,甲醇轉化率增大
B.b點反應速率:v正>v逆
C.平衡常數:K(75 ℃)D.生產時反應溫度控制在80~85 ℃為宜
三、遷移應用——在課題活動中踐行
課題活動　含碳化合物再利用,助力“碳達峰、碳中和”
　　氣候變化是人類面臨的全球性問題。隨著各國二氧化碳排放,溫室氣體猛增,對生命系統形成威脅。在這一背景下,世界各國以全球協約的方式減排溫室氣體,我國由此提出碳達峰和碳中和的目標。作為有影響力的大國,我國承諾在2030年前實現碳達峰,2060年前實現碳中和。所謂碳達峰即是以二氧化碳為衡量標準的溫室氣體排放達到歷史最高值,而后開始陸續下降。碳中和即是排放的溫室氣體通過植樹造林等方式相互抵消,實現某種意義上的零排放。
探究目標(一)　利用CO2合成甲醇的優化研究
研究發現,以二氧化碳和氫氣為原料合成甲醇時,通常還伴隨著以下副反應:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
298 K時,該反應的焓變為+41.17 kJ·mol-1,熵變為+42.08 J·mol-1·K-1。
資料1　反應物的物質的量之比對反應的影響[不同n(H2)∶n(CO2)對反應的影響]
n(H2)∶n(CO2) 2∶1 3∶1 5∶1 7∶1
α(CO2)/% 11.63 13.68 15.93 18.71
φ(CH3OH)/% 3.04 4.12 5.26 6.93
注:①α為轉化率,φ為產率,反應條件為溫度553 K、總壓2 MPa,催化劑為CuO ZnO Al2O3。
②在等溫條件下,氣體的總壓不變,各氣體的物質的量比值不變,則各氣體的濃度就不變。
資料2　壓強與溫度對甲醇產率的影響
523 K,n(H2)∶n(CO2)=3∶1,催化劑為Cu/Zn/Al/Zr納米纖維 總壓5 MPa,n(H2)∶n(CO2)=3∶1,催化劑為Cu/Zn/Al/Zr納米纖維
資料3　催化劑的組成對反應的影響
　(催化劑組成的改變對甲醇產率和選擇性的影響)
組成 Al2O3/CuO/ZnO ZrO2/CuO /ZnO ZrO2/MnO/CuO/ZnO ZrO2/MnO/CuO/ZnO
CuO/(w%) 65.8 62.4 65.8 65.8
ZnO/(w%) 26.3 25.0 26.6 26.6
Al2O3/(w%) 7.9 0 0 0
ZrO2/(w%) 0 12.6 3.6 5.6
MnO/(w%) 0 0 4 2
φ(CH3OH)/ [g·(kg 催化劑)-1·h-1] 78 96 88 138
選擇性/% 40 88 100 91
注:①反應條件為n(H2)∶n(CO2)=3∶1,溫度553 K,總壓4 MPa。
②w%:質量分數。
③選擇性:生成甲醇的二氧化碳在全部二氧化碳反應物中所占的比例。
④甲醇產率單位[g·(kg 催化劑)-1·h-1]:單位質量催化劑在單位時間內所獲得的產物量;該產率多稱為時空收率,常用于評價催化劑活性。
1.根據上述素材,在選擇適宜的反應條件時,一般要考慮哪些方面 具體考慮哪些外界因素
2.對于壓強條件的選擇,應考慮哪些因素
3.對于溫度條件的選擇,應考慮哪些因素
4.根據資料2數據分析,溫度520 K左右甲醇的產率最高,為什么
探究目標(二)　CO2的再利用與化學圖像的有機結合
1.催化劑的活性與溫度的關系
　　不同的催化劑選擇性不同,受溫度的影響也會不同。一般來說,催化劑的活性在一定溫度下最高,低于或高于這個溫度都會下降。
以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑,可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。
(1)從圖像分析,催化劑的催化效率與溫度有什么關系 要保證催化效率最佳,如何選擇溫度
(2)300 ℃以后乙酸的生成速率又增大的原因可能是什么
(3)250~300 ℃時,乙酸生成速率降低的原因可能是什么
資料1　CO2 CH4重整反應中相關數據如下表所示。
積炭反應 CH4(g) C(s)+2H2(g) 消炭反應 CO2(g)+C(s)2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1) +75 +172
活化能/ (kJ·mol-1) 催化劑X 33 91
催化劑Y 43 72
資料2　在反應進料氣組成、壓強及反應時間相同的情況下,催化劑Z表面的積炭量隨溫度的變化關系如圖所示。
資料3　在一定溫度下,測得某催化劑Q上沉積炭的生成速率方程為v=k·p(CH4)·p-0.5(CO2)(k為速率常數)。
(1)比較催化劑X、Y的優劣并說明理由。
(2)分析催化劑Z的使用溫度選擇要求是什么
(3)p(CH4)一定時,判斷催化劑Q適宜的操作條件。
[素養訓練]
1.(2024年1月·江西高考適應性演練)我國科學家成功利用CO還原NO,從源頭上減少煤粉燃燒產生的大氣污染。一定溫度下,在1 L的恒容密閉容器中,充入1 mol CO和1 mol NO,反應2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)平衡時,測得c(N2)=0.2 mol·L-1,下列說法正確的是 (　　)
A.升高溫度,正、逆反應速率以相同倍數增大
B.加入催化劑使正反應速率加快,逆反應活化能增大
C.若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,則此時v正>v逆
D.若往容器中再通入2 mol CO和1 mol N2,則此時v正>v逆
2.化石燃料的燃燒與汽車尾氣產生的碳氧化物和氮氧化物都是常見的大氣污染物,廢氣處理對于環境保護至關重要。
為了凈化汽車尾氣,目前工業上采用CO與NO在催化劑的作用下反應轉化為無害氣體,反應為2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
(1)已知:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+180.5 kJ·mol-1
計算反應2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)的ΔH=　　　　　　　　;若該反應的熵變為-197.5 J·mol-1·K-1,則該反應在室溫(25 ℃)時　　　(填“能”或“不能”)自發進行。
(2)若一定量的CO與NO在絕熱、恒容的密閉體系中進行,下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻時達到平衡狀態的是　　　。(填標號)
(3)已知2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)的反應速率滿足:v正=k正·c2(NO)·c2(CO);
v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆為速率常數,只與溫度有關)
在體積為1 L的恒溫恒容容器中充入1 mol CO和1 mol NO,反應達到平衡時,CO的轉化率為60%,則=　　　　　(保留2位有效數字)。
單元整體教學設計與階段驗收評價
一、主干知識——在微點判斷中澄清
1.(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2.(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
3.(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
4.(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
5.(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
6.(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
7.(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
二、綜合思維——在知識融會中貫通
1.選B　升高溫度,v正、v逆均增大,故A錯誤;根據v=kc2(NO2)可知,改變NO2濃度對反應速率有影響,而增大一氧化碳的濃度,對化學反應速率沒有影響,化學反應速率不變,故B正確;該反應為氣體分子總數不變的反應,反應達到平衡后,縮小體積,平衡不移動,故C錯誤;根據v=kc2(NO2)可知,該反應速率只受NO2的影響,故D錯誤。
2.選B　增大反應物濃度,增大了單位體積的活化分子數,加快反應速率,因此增大c(NO) 或c(H2)均可提高總反應的反應速率,故A正確;反應歷程第一步反應慢說明第一步的活化能比第二步的活化能高,c(NO)、c(H2)增大相同的倍數,因v(第一步的正反應)3.選A　根據圖示可知:在0~50 min之間,pH=2和pH=7時R的降解百分率都是100%,故A正確; 溶液酸性越強,即pH越小,線的斜率越大,可以知道R的降解速率越大,故B錯誤;根據影響化學反應速率的因素可知,R的起始濃度越小,降解速率越小,故C錯誤;pH=10時,在20~25 min,R的平均降解速率為=0.04×10-4 mol·L-1·min-1,D錯誤。
4.選B　單位時間內生成n mol Z的同時消耗2n mol Y,即正、逆反應速率相等,說明反應已達平衡,故①正確;Y的濃度不再改變,說明正、逆反應速率相等,反應已達平衡,故②正確;反應開始后Y與Z的物質的量之比始終為2∶1,所以Y與Z的物質的量之比為2∶1不能說明反應是否達到平衡,故③錯誤;任意時刻v正(Y)=2v正(Z),若2v正(Y)=v逆(Z),則v正(Z)≠v逆(Z),此時逆反應速率大于正反應速率,反應未達平衡,故④錯誤;該反應未平衡時m氣不變,n氣增大,平均相對分子質量減小,因此混合氣體的平均相對分子質量不再改變說明反應已達平衡,故⑤正確;氣體總質量不變,體積不變,容器內密度始終不變,因此容器內密度不再改變,不能說明反應已達平衡,故⑥錯誤。
5.選A　用不同物質的反應速率判斷達到平衡,要求反應方向是相反的,且反應速率之比等于化學計量數之比,即2v正(H2)=3v逆(NH3),能說明反應達到平衡,故A正確;化學平衡常數只與溫度有關,該反應為放熱反應,升高溫度,平衡逆向進行,平衡常數減小,即平衡常數K1>K2,故B錯誤;組分都是氣體,混合氣體總質量始終不變,該反應為氣體物質的量減小的反應,因此混合氣體的平均摩爾質量不變,說明反應達到平衡,故C錯誤;恒容密閉容器中充入惰性氣體壓強增大,速率不變,故D錯誤。
6.選D　正反應體積減小,溫度不變時增大壓強平衡正向進行,甲醇含量增大,所以p1>p2;升高溫度甲醇的含量降低,說明溫度升高平衡逆向進行,反應為放熱反應,升高溫度平衡常數減小,則K(C)>K(A)>K(B),故A正確。圖Ⅰ中p2條件下,A和C兩點A點的溫度更高,升高溫度速率加快,則反應速率:v逆(A)=v正(A)>v正(C),故B正確。恒溫恒壓時,若反應從開始到A點達平衡,甲醇的體積分數為25%,由三段式計算法可知,
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 2　　 　6　　 　0　　　 　0
轉化/mol a　 　　3a 　　 a　　 　 a
平衡/mol 2-a 　6-3a　　 　a　　 　 a
則×100%=25%,a= mol,CO2的平衡轉化率約為×100%≈66.7%,故C正確;降低溫度,正、逆反應速率減小,反應為放熱反應,平衡向正反應方向移動,甲醇的濃度增大,則新平衡點可能是圖中a點,故D錯誤。
7.選D　反應自發與非自發進行不能僅由焓變決定,而是由焓變和熵變共同決定,A錯誤;ΔH-TΔS<0的反應可自發進行,也可能需要加熱,則需要加熱的反應可能為自發進行的反應,B錯誤;ΔH-TΔS<0的反應可自發進行,ΔH<0,ΔS>0的反應是自發進行的反應,若ΔH>0,ΔS>0,在低溫下反應是非自發進行的反應,C錯誤;反應是否自發進行,由熵變、焓變、溫度共同決定,非自發反應在改變條件下也可以發生,故反應是否自發,需要綜合考慮反應焓變和熵變,D正確。
8.選A　ΔH<0,ΔS>0,可滿足ΔH-TΔS<0,反應在任何溫度下都能正向自發進行,故A符合;ΔH>0,ΔS<0,ΔH-TΔS>0,反應在任何溫度下都不能正向自發進行,故B不符合;ΔH<0,ΔS<0,溫度較低時可滿足ΔH-TΔS<0,反應在較低溫度下能正向自發進行,故C不符合;ΔH>0,ΔS>0,溫度較高時可滿足ΔH-TΔS<0,反應在較高溫度下能正向自發進行,故D不符合。
9.選A　在0 ℃、100 kPa條件下,白錫會不會變為灰錫的問題就轉化為求算ΔG=ΔH-TΔS<0的問題,ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.6 J·mol-1·K-1)=-379.1 J·mol-1<0,因此在該條件下白錫會變為灰錫。
10.選B　減小容器的容積,反應物濃度增大,反應速率加快,平衡逆向移動,乙烷平衡轉化率減小,故A錯誤;升高反應的溫度,反應速率加快,平衡正向移動,乙烷平衡轉化率增大,故B正確;分離出部分氫氣,平衡正向移動,乙烷平衡轉化率增大,反應物濃度減小,反應速率減慢,故C錯誤;恒容下通入氦氣,反應物、生成物濃度不變,反應速率不變,平衡不移動,故D錯誤。
11.選D　使用催化劑可降低合成氨反應的活化能,能增加反應速率,從而提高單位時間內原料氣的轉化率,故A正確;反應中活化能最大的一步反應速率慢,為決速步驟;由于N2吸附分解的活化能最高,速率慢是決速步驟,適當提高原料氣中N2的濃度,能增加反應速率,從而能加快合成氨的進行,故B正確;及時將產生的氨氣液化分離,在催化劑表面空出更多的活性中心,有利于原料氣被吸附在催化劑表面后進一步斷鍵形成原子、氮和氫原子結合成氨分子,故能保持足夠高的反應速率,故C正確;工業合成氨采用500 ℃左右,目的是提高合成氨的反應速率,此時催化劑活性最大、反應速率快,催化劑不能提高平衡產率,故D錯誤。
12.選C　由于該反應是氣體體積減小的反應,增大壓強可以使平衡正向移動,即增大甲醇的轉化率,A正確。平衡之前,溫度升高,反應速率增大,一氧化碳轉化率增大,平衡之后,溫度升高,平衡逆向移動,一氧化碳轉化率減小,即b點還未平衡,反應正向進行,則此時正反應速率>逆反應速率,B正確。溫度超過約83 ℃左右時,隨著溫度的升高,CO的轉化率降低,則說明該反應是放熱反應,對于放熱反應而言,溫度越高,平衡常數K越小,故K(75 ℃)>K(85 ℃);b點的溫度比d點的低,故vb三、遷移應用——在課題活動中踐行
探究目標(一)
1.提示:一般要從化學平衡和反應速率,主反應和副反應等考慮。具體因素可考慮溫度條件、濃度條件、壓強條件和催化劑活性條件等。
2.提示:壓強增大是否有利于化學平衡正向移動,同時還要考慮高壓對設備的要求及動力問題。
3.提示:溫度對反應速率、反應平衡的影響是否有利于生產效率,同時要考慮催化劑的活性溫度。
4.提示:合成甲醇反應的ΔH<0,520 K時,反應速率、催化劑活性最高,甲醇的產率最大;低于520 K時,反應慢,產率變小;高于520 K,反應正向程度小,產率變小。
探究目標(二)
1.(1)提示:250 ℃以前,隨溫度升高,催化劑活性增強,催化效率增大;250 ℃以后,隨溫度升高,催化劑活性急劇下降,催化效率減小。最佳溫度可選250 ℃。
(2)提示:溫度成為影響反應速率的決定因素,溫度的影響大于催化劑,升溫反應速率增大。
(3)提示:溫度在250~300 ℃,催化劑的催化活性急劇降低,溫度的影響小于催化劑,速率降低。
2.(1)提示:催化劑Y優于催化劑X。催化劑Y的積炭活化能高,難生成,消炭的活化能低,易消除。
(2)提示:對于催化劑Z,溫度升高,均有利于積炭和消炭反應正向進行,但是消炭反應速率增加的倍數比積炭反應速率增加的倍數大。當高于600 ℃時升溫更有利于消炭反應。
(3)提示:對于催化劑Q,p(CH4)一定時,提高p(CO2)有利于減慢積炭反應的發生。
[素養訓練]
1.選D　一定溫度下,在1 L的恒容密閉容器中,充入1 mol CO和1 mol NO,反應2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)平衡時,測得c(N2)=0.2 mol·L-1,則可建立如下三段式:
　　　　　　 　　　2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始量/(mol·L-1)　　1.0　 　1.0　　　　0　　 　0
變化量/(mol·L-1)　　0.4　 　0.4　　 　0.2 　　0.4
平衡量/(mol·L-1)　　0.6　 　0.6　　 　0.2 　　0.4
K=≈0.25。升高溫度,平衡一定發生移動,則正、逆反應速率不同,增大的倍數不同,A不正確;加入催化劑使正、逆反應速率均加快,則催化劑使正、逆反應活化能都減小,B不正確;若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,濃度商Q=≈0.43>0.25,則此時平衡逆向移動,v正v逆,D正確。
2.解析:(1)該反應的ΔH=(-566-180.5)kJ·mol-1=-746.5 kJ·mol-1;在室溫25 ℃時,ΔG=ΔH-TΔS=-746.5 kJ·mol-1-298 K×(-197.5×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0,能自發進行;
(2)當正反應速率不變時反應達到平衡,A錯誤;當NO的質量分數不變時,可以判斷達到平衡,B正確;該反應為放熱反應,絕熱恒容條件下,反應溫度升高,平衡常數減小,當溫度不變,K不變,C錯誤;該反應為放熱反應,絕熱恒容條件下,反應溫度不變時,反應達到平衡,D正確;該反應的ΔH一直不變,不能判斷反應達到平衡,E錯誤。
(3)由題意可列出三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始/mol　1　　　　1　　 0　　　0
轉化/mol　0.6　 　0.6　 　 0.3　 　0.6
平衡/mol　0.4　 　0.4　 　0.3　 　0.6
==≈4.2。
答案:(1)-746.5 kJ·mol-1　能　(2)BD　(3)4.2
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單元整體教學設計與階段驗收評價
一、主干知識——在微點判斷中澄清
二、綜合思維——在知識融會中貫通
三、遷移應用——在課題活動中踐行
目錄
一、主干知識——在微點判斷中澄清
1.判斷下列有關化學反應速率敘述的正誤
(1)對于反應H2+Cl2==2HCl，化學反應速率可表示為v=a mol·L-1·s-1( )
(2)化學反應速率為一段時間內的平均速率( )
(3)化學反應速率可以為負值，如逆反應速率( )
(4)化學反應速率通常用單位時間內任何一種反應物濃度的減小或任何一種生成物濃度的增加來表示( )
(5)對于不同條件下的同一反應，同一反應物或生成物的物質的量的變化量大，反應就一定快( )
(6)在1 L的密閉容器中發生反應:A(s)+3B(g)==2C(g)+D(g)，在2 min內用B表示的反應速率逐漸減小，用D表示的反應速率逐漸增大( )
×
√
×
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×
×
2.判斷下列有關影響反應速率因素敘述的正誤
(1)增加少量固體反應物的質量，化學反應速率增大( )
(2)恒容體系發生反應:2SO2+O2 2SO3　ΔH<0，升高溫度，v正增大，v逆減小( )
(3)升高溫度，吸熱反應速率會加快而放熱反應速率會減慢( )
(4)恒溫恒容密閉容器中發生的全為氣體的反應，若容器內總壓強增大，則反應速率一定增大( )
×
×
×
×
3.判斷下列有關活化能敘述的正誤
(1)當碰撞的分子具有足夠的能量和適當的取向時才能發生化學反應( )
(2)催化劑能降低反應所需的活化能，ΔH也會發生變化( )
(3)活化能越高，反應越難發生，反應速率越慢( )
(4)增大壓強，活化分子百分數增大，化學反應速率一定增大( )
(5)升高反應體系溫度，活化分子百分數增大，化學反應速率一定增大( )
√
×
√
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√
4.判斷下列有關化學平衡移動敘述的正誤
(1)化學平衡發生移動，化學反應速率一定改變，但化學反應速率改變，化學平衡不一定發生移動( )
(2)反應達到平衡狀態時，其他條件不變，分離出固體生成物，v正減慢( )
(3)對于反應:3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g)　ΔH<0，其他條件不變，增大Si3N4的物質的量，平衡向左移動( )
(4)升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，此時v放減小，v吸增大( )
(5)對于反應:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0，降低溫度，正反應速率減小程度比逆反應速率減小程度大( )
√
×
×
×
×
5.判斷下列有關化學平衡常數敘述的正誤
(1)平衡常數表達式中，可以是物質的任一濃度( )
(2)溫度升高，化學平衡常數一定增大( )
(3)平衡常數發生變化，化學平衡不一定發生移動( )
(4)催化劑能改變化學反應速率，也能改變平衡常數( )
(5)化學方程式中化學計量數等倍擴大或縮小，化學平衡常數不會發生改變( )
×
×
×
×
×
6.判斷下列有關化學反應方向敘述的正誤
(1)在一定條件下，不用借助外力就能自發進行的過程是自發過程( )
(2)室溫下冰變成水屬于自發過程( )
(3)能自發進行的反應，反應速率一定很大( )
(4)O2轉化變為O3時，熵減小( )
(5)熵增的反應一定能自發進行( )
(6)由焓判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適合于所有的過程( )
√
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√
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√
7.判斷下列有關化學反應調控敘述的正誤
(1)工業合成氨的反應是ΔH<0、ΔS<0的反應，在任何溫度下都可自發進行( )
(2)在合成氨中，加入催化劑能提高原料的轉化率( )
(3)催化劑在合成氨中質量沒有改變，因此催化劑沒有參與反應( )
(4)增大反應物的濃度，減小生成物的濃度，可以提高氨的產率( )
(5)在工業生產條件優化時，只考慮經濟性就行，不用考慮環保( )
(6)合成氨反應選擇在400~500 ℃進行的重要原因是催化劑在500 ℃左右時的活性最大 ( )
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×
√
×
√
二、綜合思維——在知識融會中貫通
(一)化學反應速率
[綜合訓練]
√
1.(2025·武漢高二檢測)對于反應“CO(g)+NO2(g) CO2(g)+NO(g)”，其速率方程為v=kc2(NO2)，k為速率常數，只與溫度有關，則下列說法正確的是 (　　)
A.升高溫度，v正增大，v逆減小
B.增大CO的濃度，化學反應速率不變
C.反應達到平衡后，縮小體積，平衡正向移動
D.該反應速率由反應物共同影響
解析:升高溫度，v正、v逆均增大，故A錯誤；根據v=kc2(NO2)可知，改變NO2濃度對反應速率有影響，而增大一氧化碳的濃度，對化學反應速率沒有影響，化學反應速率不變，故B正確；該反應為氣體分子總數不變的反應，反應達到平衡后，縮小體積，平衡不移動，故C錯誤；根據v=kc2(NO2)可知，該反應速率只受NO2的影響，故D錯誤。
√
2.(2025·吉林高二期末)已知反應2NO(g)+2H2(g)==N2(g)+2H2O(g)的速率方程為v=kc2(NO)·c(H2)(k為速率常數)，其反應歷程如下:
①2NO+H2→N2+H2O2慢
②H2O2+H2→2H2O快
下列說法不正確的是(　　)
A.增大c(NO) 或c(H2)，均可提高總反應的反應速率
B.c(NO)、c(H2)增大相同的倍數，對總反應的反應速率的影響程度相同
C.該反應的快慢主要取決于反應①
D.升高溫度，可提高反應①、②的速率
解析:增大反應物濃度，增大了單位體積的活化分子數，加快反應速率，因此增大c(NO) 或c(H2)均可提高總反應的反應速率，故A正確；反應歷程第一步反應慢說明第一步的活化能比第二步的活化能高，c(NO)、c(H2)增大相同的倍數，因v(第一步的正反應)√
3.一定條件下，溶液的酸堿性對TiO2光催化染料R降解反應的影響如圖所示。下列判斷正確的是 (　　)
A.在0~50 min之間， pH=2和pH=7時R的降解百分率相等
B.溶液酸性越強，R的降解速率越小
C.R的起始濃度越小，降解速率越大
D.在20~25 min之間，pH=10時R的平均降解速率為0.04 mol·L-1·min-1
解析:根據圖示可知:在0~50 min之間，pH=2和pH=7時R的降解百分率都是100%，故A正確； 溶液酸性越強，即pH越小，線的斜率越大，可以知道R的降解速率越大，故B錯誤；根據影響化學反應速率的因素可知，R的起始濃度越小，降解速率越小，故C錯誤；pH=10時，在20~25 min，R的平均降解速率為=0.04×10-4 mol·L-1·min-1，D錯誤。
(二)化學平衡
[綜合訓練]
√
4.(2025·十堰高二檢測)在恒溫恒容密閉容器中，投入一定量X，發生反應:2X(g) 2Y(g)+Z(g)，下列敘述中能說明該反應達到平衡狀態的是 (　　)
①單位時間內生成n mol Z的同時消耗2n mol Y
②Y的濃度不再改變 ③Y與Z的物質的量之比為2∶1
④2v正(Y)=v逆(Z) ⑤混合氣體的平均相對分子質量不再改變
⑥容器內密度不再改變
A.①②③　　　　　　 B.①②⑤
C.②③⑤ D.②④⑥
解析:單位時間內生成n mol Z的同時消耗2n mol Y，即正、逆反應速率相等，說明反應已達平衡，故①正確；Y的濃度不再改變，說明正、逆反應速率相等，反應已達平衡，故②正確；反應開始后Y與Z的物質的量之比始終為2∶1，所以Y與Z的物質的量之比為2∶1不能說明反應是否達到平衡，故③錯誤；任意時刻
v正(Y)=2v正(Z)，若2v正(Y)=v逆(Z)，則v正(Z)≠v逆(Z)，此時逆反應速率大于正反應速率，反應未達平衡，故④錯誤；該反應未平衡時m氣不變，n氣增大，平均相對分子質量減小，因此混合氣體的平均相對分子質量不再改變說明反應已達平衡，故⑤正確；氣體總質量不變，體積不變，容器內密度始終不變，因此容器內密度不再改變，不能說明反應已達平衡，故⑥錯誤。
√
5.在固定容積的密閉容器中，進行如下反應:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，其化學平衡常數K與溫度的關系如表。下列說法正確的是 (　　)
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)能說明反應已達平衡
B.平衡常數K1=K2
C.混合氣體的平均摩爾質量不再改變不能說明反應已達平衡
D.壓強增大，速率一定增大
溫度/℃ 25 125 225 …
平衡常數 4.1×106 K1 K2 …
解析:用不同物質的反應速率判斷達到平衡，要求反應方向是相反的，且反應速率之比等于化學計量數之比，即2v正(H2)=3v逆(NH3)，能說明反應達到平衡，故A正確；化學平衡常數只與溫度有關，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向進行，平衡常數減小，即平衡常數K1>K2，故B錯誤；組分都是氣體，混合氣體總質量始終不變，該反應為氣體物質的量減小的反應，因此混合氣體的平均摩爾質量不變，說明反應達到平衡，故C錯誤；恒容密閉容器中充入惰性氣體壓強增大，速率不變，故D錯誤。
√
6.(2025·黃岡高二期末)向密閉容器中充入2 mol CO2和6 mol H2，發生反應CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH，測得反應在不同壓強、不同溫度下，平衡混合物中CH3OH體積分數如圖Ⅰ所示，測得反應時逆反應速率與容器中c(CH3OH)關系如圖Ⅱ所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.壓強:p1>p2，平衡常數:K(C)>K(A)>K(B)
B.圖Ⅰ中p2條件下，A和C兩點反應速率:v逆(A)>v正(C)
C.恒溫恒壓時，若反應從開始到A點達平衡，則CO2的平衡轉化率約為66.7%
D.圖Ⅱ中當x點平衡體系降溫至某一溫度時，反應可重新達平衡狀態，新平衡點可能是c
解析:正反應體積減小，溫度不變時增大壓強平衡正向進行，甲醇含量增大，所以p1>p2；升高溫度甲醇的含量降低，說明溫度升高平衡逆向進行，反應為放熱反應，升高溫度平衡常數減小，則K(C)>K(A)>K(B)，故A正確。圖Ⅰ中p2條件下，A和C兩點A點的溫度更高，升高溫度速率加快，則反應速率:v逆(A)=v正(A)>
v正(C)，故B正確。恒溫恒壓時，若反應從開始到A點達平衡，甲醇的體積分數為25%，由三段式計算法可知，
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 2　　 　6　　　 0　　　 0
轉化/mol a　 　　3a 　　 a　　 　 a
平衡/mol 2-a 　 6-3a　　 a　　 a
則×100%=25%，a= mol，CO2的平衡轉化率約為×100%≈66.7%，故C正確；降低溫度，正、逆反應速率減小，反應為放熱反應，平衡向正反應方向移動，甲醇的濃度增大，則新平衡點可能是圖中a點，故D錯誤。
(三)化學反應的方向
[綜合訓練]
√
7.下列關于化學反應方向的說法正確的是 (　　)
A.凡是放熱的反應都是自發反應
B.凡是需要加熱才發生的反應都是非自發反應
C.凡是熵增的反應都是自發反應
D.反應是否自發，需要綜合考慮反應焓變和熵變
解析:反應自發與非自發進行不能僅由焓變決定，而是由焓變和熵變共同決定，A錯誤；ΔH-TΔS<0的反應可自發進行，也可能需要加熱，則需要加熱的反應可能為自發進行的反應，B錯誤；ΔH-TΔS<0的反應可自發進行，ΔH<0，ΔS>0的反應是自發進行的反應，若ΔH>0，ΔS>0，在低溫下反應是非自發進行的反應，C錯誤；反應是否自發進行，由熵變、焓變、溫度共同決定，非自發反應在改變條件下也可以發生，故反應是否自發，需要綜合考慮反應焓變和熵變，D正確。
√
8.下列反應既是氧化還原反應且在任何溫度下都能正向自發進行的是 (　　)
A.2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)　ΔH<0
B.2CO(g)==2C(s，石墨)+O2(g)　ΔH>0
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s) ΔH<0
D.CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0
解析:ΔH<0，ΔS>0，可滿足ΔH-TΔS<0，反應在任何溫度下都能正向自發進行，故A符合；ΔH>0，ΔS<0，ΔH-TΔS>0，反應在任何溫度下都不能正向自發進行，故B不符合；ΔH<0，ΔS<0，溫度較低時可滿足ΔH-TΔS<0，反應在較低溫度下能正向自發進行，故C不符合；ΔH>0，ΔS>0，溫度較高時可滿足ΔH-TΔS<0，反應在較高溫度下能正向自發進行，故D不符合。
√
9.(2025·咸陽高二檢測)已知:在25 ℃、100 kPa下白錫轉化為灰錫的反應焓變和熵變分別為ΔH=-2 180.9 J·mol-1，ΔS=-6.6 J·mol-1·K-1。現把白錫制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室內，它會不會變成灰錫而不能再繼續使用 (　　)
A.會變成灰錫
B.只有繼續升高溫度才會變成灰錫
C.只有繼續降低溫度才會變成灰錫
D.無法確定
解析:在0 ℃、100 kPa條件下，白錫會不會變為灰錫的問題就轉化為求算ΔG=ΔH-TΔS<0的問題，ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.6 J·mol-1·K-1)=-379.1 J·mol-1<0，因此在該條件下白錫會變為灰錫。
(四)化學反應的調控
[綜合訓練]
√
10.(2025·江門高二檢測)在一定條件下的密閉容器中發生反應C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)　ΔH>0，當達到平衡時，下列各項措施中，既能提高反應速率又能提高乙烷平衡轉化率的是 (　　)
A.減小容器的容積 　B.升高反應的溫度
C.分離出部分氫氣 　D.恒容下通入氦氣
解析:減小容器的容積，反應物濃度增大，反應速率加快，平衡逆向移動，乙烷平衡轉化率減小，故A錯誤；升高反應的溫度，反應速率加快，平衡正向移動，乙烷平衡轉化率增大，故B正確；分離出部分氫氣，平衡正向移動，乙烷平衡轉化率增大，反應物濃度減小，反應速率減慢，故C錯誤；恒容下通入氦氣，反應物、生成物濃度不變，反應速率不變，平衡不移動，故D錯誤。
√
11.(2025·南通高二階段檢測)合成氨是人工固氮的主要途徑，工業生產采用Haber Bosch法，反應條件嚴苛，能源消耗大。制取氫氣原料的途徑之一為CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。研究N2和H2的反應機理，有利于開發新的氨氣合成技術。2007年度諾貝爾化學獎獲得者格哈德埃特爾，確認了合成氨反應機理。合成氨的催化歷程如圖所示( 、 、 、 分別表示N2、H2、NH3和固體催化劑)。下列說法不正確的是(　　)
A.使用催化劑可降低合成氨反應的活化能，從而提高單位時間內原料氣的轉化率
B.由于N2吸附分解的活化能最高，因此適當提高原料氣中氮氣的比例能加快合成氨的進行
C.及時將產生的氨氣液化分離，在催化劑表面空出更多的活性中心，能保持足夠高的反應速率
D.工業合成氨采用500 ℃左右的高溫，目的是提高合成氨的平衡產率
解析:使用催化劑可降低合成氨反應的活化能，能增加反應速率，從而提高單位時間內原料氣的轉化率，故A正確；反應中活化能最大的一步反應速率慢，為決速步驟；由于N2吸附分解的活化能最高，速率慢是決速步驟，適當提高原料氣中N2的濃度，能增加反應速率，從而能加快合成氨的進行，故B正確；及時將產生的氨氣液化分離，在催化劑表面空出更多的活性中心，有利于原料氣被吸附在催化劑表面后進一步斷鍵形成原子、氮和氫原子結合成氨分子，故能保持足夠高的反應速率，故C正確；工業合成氨采用500 ℃左右，目的是提高合成氨的反應速率，此時催化劑活性最大、反應速率快，催化劑不能提高平衡產率，故D錯誤。
√
12.工業上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3):CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g)，在容積固定的密閉容器中，投入等物質的量的CH3OH和CO，測得相同時間內CO的轉化率隨溫度的變化如圖所示。下列說法不正確的是 (　　)
A.增大壓強，甲醇轉化率增大
B.b點反應速率:v正>v逆
C.平衡常數:K(75 ℃)D.生產時反應溫度控制在80~85 ℃為宜
解析:由于該反應是氣體體積減小的反應，增大壓強可以使平衡正向移動，即增大甲醇的轉化率，A正確。平衡之前，溫度升高，反應速率增大，一氧化碳轉化率增大，平衡之后，溫度升高，平衡逆向移動，一氧化碳轉化率減小，即b點還未平衡，反應正向進行，則此時正反應速率>逆反應速率，B正確。溫度超過約83 ℃左右時，隨著溫度的升高，CO的轉化率降低，則說明該反應是放熱反應，對于放熱反應而言，溫度越高，平衡常數K越小，故K(75 ℃)>K(85 ℃)；b點的溫度比d點的低，故vb三、遷移應用——在課題活動中踐行
課題活動　含碳化合物再利用，助力“碳達峰、碳中和”
　氣候變化是人類面臨的全球性問題。隨著各國二氧化碳排放，溫室氣體猛增，對生命系統形成威脅。在這一背景下，世界各國以全球協約的方式減排溫室氣體，我國由此提出碳達峰和碳中和的目標。作為有影響力的大國，我國承諾在2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。所謂碳達峰即是以二氧化碳為衡量標準的溫室氣體排放達到歷史最高值，而后開始陸續下降。碳中和即是排放的溫室氣體通過植樹造林等方式相互抵消，實現某種意義上的零排放。
探究目標(一)　利用CO2合成甲醇的優化研究
研究發現，以二氧化碳和氫氣為原料合成甲醇時，通常還伴隨著以下副反應:
CO2(g)+H2(g)==CO(g)+H2O(g)
298 K時，該反應的焓變為+41.17 kJ·mol-1，熵變為+42.08 J·mol-1·K-1。
資料1　反應物的物質的量之比對反應的影響[不同n(H2)∶n(CO2)對反應的影響]
n(H2)∶n(CO2) 2∶1 3∶1 5∶1 7∶1
α(CO2)/% 11.63 13.68 15.93 18.71
φ(CH3OH)/% 3.04 4.12 5.26 6.93
注:①α為轉化率，φ為產率，反應條件為溫度553 K、總壓2 MPa，催化劑為CuO ZnO Al2O3。
②在等溫條件下，氣體的總壓不變，各氣體的物質的量比值不變，則各氣體的濃度就不變。
資料2　壓強與溫度對甲醇產率的影響
523 K，n(H2)∶n(CO2)=3∶1， 催化劑為Cu/Zn/Al/Zr納米纖維 總壓5 MPa，n(H2)∶n(CO2)=3∶1，
催化劑為Cu/Zn/Al/Zr納米纖維
資料3　催化劑的組成對反應的影響(催化劑組成的改變對甲醇產率和選擇性的影響)
組成 Al2O3/CuO/ZnO ZrO2/CuO/ZnO ZrO2/MnO/CuO/ZnO ZrO2/MnO/CuO/ZnO
CuO/(w%) 65.8 62.4 65.8 65.8
ZnO/(w%) 26.3 25.0 26.6 26.6
Al2O3/(w%) 7.9 0 0 0
ZrO2/(w%) 0 12.6 3.6 5.6
MnO/(w%) 0 0 4 2
φ(CH3OH)/ [g·(kg 催化劑)-1·h-1] 78 96 88 138
選擇性/% 40 88 100 91
注:①反應條件為n(H2)∶n(CO2)=3∶1，溫度553 K，總壓4 MPa。
②w%:質量分數。
③選擇性:生成甲醇的二氧化碳在全部二氧化碳反應物中所占的比例。
④甲醇產率單位[g·(kg 催化劑)-1·h-1]:單位質量催化劑在單位時間內所獲得的產物量；該產率多稱為時空收率，常用于評價催化劑活性。
1.根據上述素材，在選擇適宜的反應條件時，一般要考慮哪些方面 具體考慮哪些外界因素
提示:一般要從化學平衡和反應速率，主反應和副反應等考慮。具體因素可考慮溫度條件、濃度條件、壓強條件和催化劑活性條件等。
2.對于壓強條件的選擇，應考慮哪些因素
提示:壓強增大是否有利于化學平衡正向移動，同時還要考慮高壓對設備的要求及動力問題。
3.對于溫度條件的選擇，應考慮哪些因素
提示:溫度對反應速率、反應平衡的影響是否有利于生產效率，同時要考慮催化劑的活性溫度。
4.根據資料2數據分析，溫度520 K左右甲醇的產率最高，為什么
提示:合成甲醇反應的ΔH<0，520 K時，反應速率、催化劑活性最高，甲醇的產率最大；低于520 K時，反應慢，產率變小；高于520 K，反應正向程度小，產率變小。
探究目標(二)　CO2的再利用與化學圖像的有機結合
1.催化劑的活性與溫度的關系
不同的催化劑選擇性不同，受溫度的影響也會不同。一般來說，催化劑的活性在一定溫度下最高，低于或高于這個溫度都會下降。
以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。
(1)從圖像分析，催化劑的催化效率與溫度有什么關系 要保證催化效率最佳，如何選擇溫度
提示:250 ℃以前，隨溫度升高，催化劑活性增強，催化效率增大；250 ℃以后，隨溫度升高，催化劑活性急劇下降，催化效率減小。最佳溫度可選250 ℃。
(2)300 ℃以后乙酸的生成速率又增大的原因可能是什么
提示:溫度成為影響反應速率的決定因素，溫度的影響大于催化劑，升溫反應速率增大。
(3)250~300 ℃時，乙酸生成速率降低的原因可能是什么
提示:溫度在250~300 ℃，催化劑的催化活性急劇降低，溫度的影響小于催化劑，速率降低。
2.催化劑對積炭和消炭的影響
資料1　CO2 CH4重整反應中相關數據如下表所示。
積炭反應 CH4(g)==C(s)+2H2(g) 消炭反應
CO2(g)+C(s)==2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1) +75 +172
活化能/ (kJ·mol-1) 催化劑X 33 91
催化劑Y 43 72
資料2　在反應進料氣組成、壓強及反應時間相同的情況下，催化劑Z表面的積炭量隨溫度的變化關系如圖所示。
資料3　在一定溫度下，測得某催化劑Q上沉積炭的生成速率方程為v=k·p(CH4)·p-0.5(CO2)(k為速率常數)。
(1)比較催化劑X、Y的優劣并說明理由。
提示:催化劑Y優于催化劑X。催化劑Y的積炭活化能高，難生成，消炭的活化能低，易消除。
(2)分析催化劑Z的使用溫度選擇要求是什么
提示:對于催化劑Z，溫度升高，均有利于積炭和消炭反應正向進行，但是消炭反應速率增加的倍數比積炭反應速率增加的倍數大。當高于600 ℃時升溫更有利于消炭反應。
(3)p(CH4)一定時，判斷催化劑Q適宜的操作條件。
提示:對于催化劑Q，p(CH4)一定時，提高p(CO2)有利于減慢積炭反應的發生。
[素養訓練]
√
1.(2024年1月·江西高考適應性演練)我國科學家成功利用CO還原NO，從源頭上減少煤粉燃燒產生的大氣污染。一定溫度下，在1 L的恒容密閉容器中，充入1 mol CO和1 mol NO，反應2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)平衡時，測得c(N2)=0.2 mol·L-1，下列說法正確的是 (　　)
A.升高溫度，正、逆反應速率以相同倍數增大
B.加入催化劑使正反應速率加快，逆反應活化能增大
C.若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2，則此時v正>v逆
D.若往容器中再通入2 mol CO和1 mol N2，則此時v正>v逆
解析:一定溫度下，在1 L的恒容密閉容器中，充入1 mol CO和1 mol NO，反應2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)平衡時，測得c(N2)=0.2 mol·L-1，則可建立如下三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始量/(mol·L-1)　1.0　 　1.0　　　0　　 0
變化量/(mol·L-1)　0.4　 　0.4　　 0.2 　　0.4
平衡量/(mol·L-1)　0.6　 　0.6　　 0.2 　　0.4
K=≈0.25。升高溫度，平衡一定發生移動，則正、逆反應速率不同，增大的倍數不同，A不正確；加入催化劑使正、逆反應速率均加快，則催化劑使正、逆反應活化能都減小，B不正確；若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2，濃度商Q=≈0.43>0.25，則此時平衡逆向移動，v正v逆，D正確。
2.化石燃料的燃燒與汽車尾氣產生的碳氧化物和氮氧化物都是常見的大氣污染物，廢氣處理對于環境保護至關重要。
為了凈化汽車尾氣，目前工業上采用CO與NO在催化劑的作用下反應轉化為無害氣體，反應為2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
(1)已知:2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)　ΔH=-566 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)==2NO(g)　ΔH=+180.5 kJ·mol-1
計算反應2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)的ΔH=　　　　　　　??；若該反應的熵變為-197.5 J·mol-1·K-1，則該反應在室溫(25 ℃)時　　(填“能”或“不能”)自發進行。
-746.5 kJ·mol-1
能
解析:該反應的ΔH=(-566-180.5)kJ·mol-1=-746.5 kJ·mol-1；在室溫25 ℃時，ΔG=ΔH-TΔS=-746.5 kJ·mol-1-298 K×(-197.5×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0，能自發進行；
2.化石燃料的燃燒與汽車尾氣產生的碳氧化物和氮氧化物都是常見的大氣污染物，廢氣處理對于環境保護至關重要。
為了凈化汽車尾氣，目前工業上采用CO與NO在催化劑的作用下反應轉化為無害氣體，反應為2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
(2)若一定量的CO與NO在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻時達到平衡狀態的是　　　　。(填標號)
BD
解析:當正反應速率不變時反應達到平衡，A錯誤；當NO的質量分數不變時，可以判斷達到平衡，B正確；該反應為放熱反應，絕熱恒容條件下，反應溫度升高，平衡常數減小，當溫度不變，K不變，C錯誤；該反應為放熱反應，絕熱恒容條件下，反應溫度不變時，反應達到平衡，D正確；該反應的ΔH一直不變，不能判斷反應達到平衡，E錯誤。
2.化石燃料的燃燒與汽車尾氣產生的碳氧化物和氮氧化物都是常見的大氣污染物，廢氣處理對于環境保護至關重要。
為了凈化汽車尾氣，目前工業上采用CO與NO在催化劑的作用下反應轉化為無害氣體，反應為2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
(3)已知2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)的反應速率滿足:
v正=k正·c2(NO)·c2(CO)；
v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆為速率常數，只與溫度有關)
在體積為1 L的恒溫恒容容器中充入1 mol CO和1 mol NO，反應達到平衡時，CO的轉化率為60%，則=　　　(保留2位有效數字)。
4.2
解析:由題意可列出三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始/mol　1　　　　1　　 0　　　0
轉化/mol　0.6　 　 0.6　 0.3　 　0.6
平衡/mol　0.4　 　0.4　 　 0.3　 　0.6
==≈4.2。

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