2024年高中化學(xué)新教材同步 選擇性必修第一冊(cè) 第2章　第4節(jié)　化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.通過(guò)工業(yè)合成氨適宜條件的選擇與優(yōu)化，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的重要作用。2.在合成氨適宜條件的討論中，形成多角度分析化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)條件的思路，體會(huì)化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用價(jià)值。一、合成氨條件的理解1．合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)mol－1·K－1。(1)自發(fā)性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進(jìn)行。(2)可逆性：反應(yīng)為可逆反應(yīng)。(3)熵變：ΔS<0，正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。(4)焓變：ΔH<0，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。2．原理分析根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，利用我們學(xué)過(guò)的影響反應(yīng)速率的因素和勒夏特列原理分析應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量，請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下表。條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)溫度升高溫度降低溫度催化劑使用無(wú)影響濃度增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度，降低生成物濃度3.數(shù)據(jù)分析根據(jù)課本表2-2在不同溫度和壓強(qiáng)下(初始時(shí)N2和H2的體積比為1∶3)，平衡混合物中氨的含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提高反應(yīng)速率的條件是升高溫度、增大壓強(qiáng)；提高平衡混合物中氨的含量的條件是降低溫度、增大壓強(qiáng)。二者在溫度這一措施上是不一致的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與理論分析的結(jié)論是一致的。(1)工業(yè)合成氨的反應(yīng)是ΔH<0、ΔS<0的反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進(jìn)行()(2)在合成氨的實(shí)際生產(chǎn)中，溫度越低，壓強(qiáng)越大越好()(3)在合成氨中，加入催化劑能提高原料的轉(zhuǎn)化率()(4)催化劑在合成氨中質(zhì)量沒(méi)有改變，因此催化劑沒(méi)有參與反應(yīng)()(5)增大反應(yīng)物的濃度，減少生成物的濃度，可以提高氨的產(chǎn)率()(6)合成氨中在提高速率和原料的轉(zhuǎn)化率上對(duì)溫度的要求是一致的()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×1．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法正確的是()A．N2的量越多，H2的轉(zhuǎn)化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B．恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成C．工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵增加的放熱反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進(jìn)行D．工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵減小的放熱反應(yīng)，在常溫時(shí)可自發(fā)進(jìn)行答案D解析A項(xiàng)，在合成氨工業(yè)中應(yīng)選擇一個(gè)合適的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成；B項(xiàng)，恒容條件下，充入稀有氣體對(duì)平衡無(wú)影響；C、D項(xiàng)，ΔH－TΔS<0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，而合成氨反應(yīng)的ΔH<0、ΔS<0，故在常溫條件下該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。2．在合成氨反應(yīng)中使用催化劑和施加高壓，下列敘述正確的是()A．都能提高反應(yīng)速率，都對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響B(tài)．都對(duì)化學(xué)平衡有影響，但都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C．都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有施加高壓對(duì)化學(xué)平衡有影響D．使用催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，而施加高壓無(wú)此效果答案C解析對(duì)于反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，使用催化劑能提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)；施加高壓既能提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng)。二、工業(yè)合成氨的適宜條件1．合成氨反應(yīng)條件的選擇原則工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件。(1)盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料。(2)選擇較快的化學(xué)反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量。(3)考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。2．合成氨反應(yīng)的適宜條件(1)壓強(qiáng)①適宜條件：10～30MPa。②選擇依據(jù)：壓強(qiáng)越大，需要的動(dòng)力越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求就越高。(2)溫度①適宜條件：400～500℃。②選擇依據(jù)：該溫度下催化劑的活性最大，反應(yīng)速率比較快，氨的含量也相對(duì)較高。(3)催化劑適宜條件：以鐵為主體的多成分催化劑(又稱(chēng)鐵觸媒)。(4)濃度①適宜條件：N2和H2按物質(zhì)的量之比1∶2.8混合，適時(shí)分離出氨氣。②選擇依據(jù)：適當(dāng)提高N2的濃度，來(lái)提高H2的轉(zhuǎn)化率。(5)其他兼顧環(huán)境保護(hù)和社會(huì)效益，為了提高原料的利用率，未反應(yīng)的N2和H2循環(huán)使用并及時(shí)補(bǔ)充N(xiāo)2和H2。3．合成氨的生產(chǎn)流程(1)使氣態(tài)氨變成液氨后及時(shí)從平衡混合物中分離出去，可提高原料的利用率()(2)在工業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)化時(shí)，只考慮經(jīng)濟(jì)性就行，不用考慮環(huán)保()(3)合成氨反應(yīng)選擇在400～500℃進(jìn)行的重要原因是催化劑在500℃左右時(shí)的活性最大()答案(1)√(2)×(3)√在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化劑是V2O5，在400～500℃時(shí)催化劑效果最好)下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率。溫度/℃平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能多地轉(zhuǎn)化為三氧化硫，應(yīng)選擇的條件是________________________________________________________________________________________。(2)在實(shí)際生產(chǎn)中，選定的溫度為400～500℃，原因是______________________________________________________________________________________________________________。(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是______________________________________________________________________________________________________________________。(4)在實(shí)際生產(chǎn)中，通入過(guò)量的空氣，原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(5)尾氣中SO2必須回收，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)450℃、10MPa(2)在此溫度下，催化劑活性最高。溫度較低，會(huì)使反應(yīng)速率減小，達(dá)到平衡所需時(shí)間變長(zhǎng)；溫度較高，SO2的轉(zhuǎn)化率會(huì)降低(3)在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡向右移動(dòng)，但效果并不明顯，且采用高壓時(shí)會(huì)增大對(duì)設(shè)備的要求而增大生產(chǎn)成本(4)增大反應(yīng)物O2的濃度，有利于提高SO2的轉(zhuǎn)化率(5)防止污染環(huán)境；循環(huán)利用，提高原料的利用率(合理即可)選擇化工生產(chǎn)適宜條件的分析角度分析角度原則要求從化學(xué)反應(yīng)速率分析既不能過(guò)快，又不能太慢從化學(xué)平衡移動(dòng)分析既要注意外界條件對(duì)速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價(jià)原料，提高難得高價(jià)原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本從實(shí)際生產(chǎn)能力分析如設(shè)備承受高溫、高壓的能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對(duì)溫度的限制1．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒夏特列原理來(lái)解釋的是()A．使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨B．高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)C．700K左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)D．合成氨時(shí)采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率答案B解析使用催化劑，對(duì)平衡移動(dòng)沒(méi)有影響，不能用勒夏特列原理來(lái)解釋?zhuān)珹項(xiàng)不符題意；合成氨反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的反應(yīng)，故加壓有利于合成氨氣，可用勒夏特列原理來(lái)解釋?zhuān)珺項(xiàng)符合題意；合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，高溫不利于合成氨氣，溫度控制在700K左右是考慮催化劑的活性，不能用勒夏特列原理來(lái)解釋?zhuān)珻項(xiàng)不符合題意；循環(huán)操作可提高原料的利用率，不能用勒夏特列原理來(lái)解釋?zhuān)珼項(xiàng)不符合題意。2．有平衡體系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＜0。工業(yè)上為了增加甲醇(CH3OH)的產(chǎn)量，應(yīng)采取的正確措施是()A．高溫，高壓 B．適宜溫度，高壓，催化劑C．低溫，低壓 D．高溫，高壓，催化劑答案B解析該反應(yīng)是一個(gè)氣體體積減小的放熱反應(yīng)，為了增加甲醇的產(chǎn)量，需使平衡正向移動(dòng)，理論上可采用低溫、高壓的方式，但在實(shí)際生產(chǎn)中還需考慮反應(yīng)速率、設(shè)備承受的壓力及催化劑的活性等因素的影響。3．Ⅰ.合成氨工業(yè)中，原料氣(N2、H2及少量CO、NH3的混合氣)在進(jìn)入合成塔前常用醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來(lái)吸收原料氣中的CO，其反應(yīng)是[Cu(NH3)3]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO(ΔH<0)。(1)必須除去原料氣中CO的原因?yàn)開(kāi)_________________________________________。(2)醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液吸收CO的生產(chǎn)適宜條件應(yīng)是________________。(3)吸收CO后的溶液經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理又可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用。醋酸二氨合銅溶液再生的生產(chǎn)適宜條件應(yīng)是________________。Ⅱ.圖1表示接觸室中催化劑隨溫度變化圖像，圖2表示SO2的轉(zhuǎn)化率α(SO2)隨溫度T及壓強(qiáng)p的變化圖像。你認(rèn)為接觸室中最合適的溫度和壓強(qiáng)是________________。答案(1)防止合成塔中的催化劑中毒(2)低溫、高壓(3)高溫、低壓Ⅱ.450℃(或400℃～500℃)、101kPa解析(2)要使生產(chǎn)適宜，即控制條件讓反應(yīng)正向移動(dòng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且氣體分子數(shù)減少，故適宜條件為低溫、高壓。(3)要實(shí)現(xiàn)醋酸二氨合銅溶液再生，即使平衡逆向移動(dòng)即可，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且氣體分子數(shù)減少，故適宜條件為高溫、低壓。Ⅱ.400℃～500℃、101kPa時(shí)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，再增大壓強(qiáng)，會(huì)增大成本，二氧化硫轉(zhuǎn)化率提高不大，該溫度下反應(yīng)速率較快、催化劑活性最好。題組一合成氨條件的選擇1．下列所示是哈伯法制氨的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是()A．①②③ B．②④⑤C．①③⑤ D．②③④答案B解析②④⑤操作均有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng)，提高轉(zhuǎn)化率。2．(2022·廣東肇慶市高二期中)合成氨問(wèn)題，關(guān)乎到世界化工發(fā)展和糧食安全問(wèn)題。下列對(duì)合成氨工業(yè)的敘述中，不正確的是()A．高壓條件比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)B．合成氨時(shí)采用循環(huán)操作，可以提高原料利用率C．工業(yè)生產(chǎn)采用500℃而不采用常溫，是為了提高合成氨的轉(zhuǎn)化率D．鐵觸媒的使用有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率答案C解析合成氨的反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，A正確；合成氨的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，原料不能完全反應(yīng)，采用循環(huán)操作，可以提高原料利用率，B正確；合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫會(huì)使平衡逆向移動(dòng)，工業(yè)生產(chǎn)采用500℃而不采用常溫，是為了提高反應(yīng)速率，C錯(cuò)誤；鐵觸媒為催化劑，可以大大提高反應(yīng)速率，有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率，D正確。題組二以合成氨為背景的綜合題3．對(duì)于合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，下列研究結(jié)果和示意圖相符的是()選項(xiàng)ABCD研究結(jié)果壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)的影響溫度對(duì)反應(yīng)的影響平衡體系增加N2對(duì)反應(yīng)的影響催化劑對(duì)反應(yīng)的影響圖示答案C解析A項(xiàng)，由于p1條件先達(dá)到平衡，故p1>p2，由p1→p2，減小壓強(qiáng)，化學(xué)平衡左移，NH3的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)降低，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，由于此反應(yīng)ΔH<0，故升溫平衡左移，N2的轉(zhuǎn)化率降低，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，增大N2的量，會(huì)使正反應(yīng)速率瞬間增大，化學(xué)平衡右移，正確；D項(xiàng)，使用催化劑，能加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，錯(cuò)誤。4.某溫度下，對(duì)于反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。N2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A．將1mol氮?dú)狻?mol氫氣置于1L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，放出的熱量為92.4kJB．平衡狀態(tài)由A變?yōu)锽時(shí)，平衡常數(shù)K(A)<K(B)C．上述反應(yīng)在達(dá)到平衡后，增大壓強(qiáng)，H2的轉(zhuǎn)化率增大D．升高溫度，平衡常數(shù)K增大答案C解析該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，加入的1molN2和3molH2不可能完全反應(yīng)生成NH3，所以反應(yīng)放出的熱量小于92.4kJ，A項(xiàng)錯(cuò)誤；從狀態(tài)A到狀態(tài)B，改變的是壓強(qiáng)，溫度未發(fā)生變化，所以平衡常數(shù)不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向5．相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個(gè)容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2，分別進(jìn)行合成氨反應(yīng)。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．化學(xué)反應(yīng)速率：乙>甲B．平衡后N2的濃度：乙>甲C．H2的平衡轉(zhuǎn)化率：乙>甲D．平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)：乙>甲答案D解析因?yàn)橐胰萜髦械脑贤度肓空檬羌椎?倍，故A項(xiàng)正確；假設(shè)開(kāi)始時(shí)乙容器的體積是甲的2倍(如圖甲、虛擬乙)，再將虛擬乙容器的體積壓縮至與甲相等(如圖乙)，則在此過(guò)程中化學(xué)平衡要向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即N2、H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，它們?cè)谄胶饣旌蠚怏w中的體積分?jǐn)?shù)減小，故C項(xiàng)正確、D項(xiàng)錯(cuò)誤；平衡時(shí)，乙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3的濃度大，但乙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，而乙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，故B項(xiàng)正確。題組三化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控6．下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控措施說(shuō)法不正確的是()A．硫酸工業(yè)中，為提高SO2的轉(zhuǎn)化率，通入過(guò)量的空氣B．工業(yè)上增加煉鐵高爐的高度可以有效降低尾氣中CO的含量C．合成氨工業(yè)中，從生產(chǎn)實(shí)際條件考慮，不盲目增大反應(yīng)壓強(qiáng)D．合成氨工業(yè)中，為提高氮?dú)夂蜌錃獾睦寐剩捎醚h(huán)操作答案B解析反應(yīng)2SO2＋O22SO3，通入過(guò)量的空氣，反應(yīng)正向進(jìn)行，SO2的轉(zhuǎn)化率提高，A項(xiàng)正確；高爐煉鐵過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，達(dá)到平衡后，增加高爐的高度不能降低煉鐵尾氣中CO的含量，B項(xiàng)錯(cuò)誤；工業(yè)合成氨，從生產(chǎn)實(shí)際條件考慮，不盲目增大反應(yīng)壓強(qiáng)，若壓強(qiáng)過(guò)大，不僅會(huì)增大能源消耗，還會(huì)增大動(dòng)力消耗，對(duì)設(shè)備的要求也高，C項(xiàng)正確；工業(yè)合成氨是可逆反應(yīng)，原料不能完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，采用氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)操作的主要目的是提高氮?dú)夂蜌錃獾睦寐?，D項(xiàng)正確。7．據(jù)報(bào)道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實(shí)：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．使用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率B．反應(yīng)需在300℃下進(jìn)行可推測(cè)該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)C．充入大量CO2氣體可提高H2的轉(zhuǎn)化率D．從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率答案B8．納米鈷常用于CO加氫反應(yīng)的催化劑：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH<0，下列說(shuō)法正確的是()A．納米技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化了催化劑的性能，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率B．縮小容器體積，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的濃度增大C．從平衡體系中分離出H2O(g)能加快正反應(yīng)速率D．工業(yè)生產(chǎn)中采用高溫條件下進(jìn)行，其目的是提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率答案B解析催化劑的優(yōu)化不影響平衡的移動(dòng)，不能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，A項(xiàng)錯(cuò)誤；縮小容器體積即增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向即正向移動(dòng)，體系中各組分濃度均增大，B項(xiàng)正確；減小c(H2O)時(shí)正反應(yīng)速率瞬間不變，v逆減小，平衡正向移動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，D項(xiàng)錯(cuò)誤。9.某研究小組為探究催化劑對(duì)尾氣中CO、NO轉(zhuǎn)化的影響，將含NO和CO的尾氣在不同溫度下，以一定的流速通過(guò)兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH<0，測(cè)量相同時(shí)間內(nèi)逸出氣體中NO的含量，從而確定尾氣脫氮率(脫氮率即NO的轉(zhuǎn)化率)，結(jié)果如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()①兩種催化劑均能降低反應(yīng)的活化能，但ΔH均不變②相同條件下，改變壓強(qiáng)對(duì)脫氮率沒(méi)有影響③曲線(xiàn)Ⅱ中的催化劑的最適宜溫度為450℃左右④a點(diǎn)的脫氮率是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率⑤若低于200℃，圖中曲線(xiàn)Ⅰ脫氮率隨溫度升高變化不大的主要原因是催化劑的活性不高A．①②③ B．①③④C．②③④ D．①③⑤答案D解析①催化劑可降低反應(yīng)的活化能，但不改變反應(yīng)的ΔH，正確；②該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，改變壓強(qiáng)平衡發(fā)生移動(dòng)，則改變壓強(qiáng)對(duì)脫氮率有影響，錯(cuò)誤；③由圖可知，曲線(xiàn)Ⅱ中450℃左右脫氮率最大，則曲線(xiàn)Ⅱ中的催化劑的最適宜溫度為450℃左右，正確；④因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)，則a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率應(yīng)大于450℃下的脫氮率，錯(cuò)誤；⑤催化劑的活性受溫度的影響，則低于200℃時(shí)，圖中曲線(xiàn)Ⅰ脫氮率隨溫度升高變化不大的主要原因是催化劑的活性不高，正確。10.CH4－CO2催化重整可以得到合成氣(CO和H2)，有利于緩解溫室效應(yīng)，其主要反應(yīng)為CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247kJ·mol－1，同時(shí)存在以下反應(yīng)：CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH＝＋75kJ·mol－1(積碳反應(yīng)),CO2(g)＋C(s)2CO(g)ΔH＝＋172kJ·mol－1(消碳反應(yīng))，假設(shè)體系溫度恒定。積碳反應(yīng)會(huì)影響催化劑的活性，一定時(shí)間內(nèi)積碳量和反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A．高壓有利于提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率并減少積碳B．增大CO2與CH4的物質(zhì)的量之比有助于減少積碳C．升高溫度，積碳反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K1減小，消碳反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K2增大D．溫度高于600℃，積碳反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率減慢，消碳反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率加快，積碳量減少答案B解析反應(yīng)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)和CH4(g)C(s)＋2H2(g)均是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡均逆向移動(dòng)，可減少積碳量，但CH4的平衡轉(zhuǎn)化率降低，A項(xiàng)錯(cuò)誤；假設(shè)CH4的物質(zhì)的量不變，增大CO2的物質(zhì)的量，CO2與CH4的物質(zhì)的量之比增大，對(duì)于反應(yīng)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，平衡正向移動(dòng)，CH4的濃度減小，對(duì)于積碳反應(yīng)CH4(g)C(s)＋2H2(g)，由于甲烷濃度減小，平衡逆向移動(dòng)，碳含量減少，對(duì)于消碳反應(yīng)CO2(g)＋C(s)2CO(g)，平衡正向移動(dòng)，碳含量減少，綜上分析，增大CO2與CH4的物質(zhì)的量之比，有助于減少積碳，B項(xiàng)正確；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡均正向移動(dòng)，兩個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)都增大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)圖像，溫度高于600℃，積碳量減少，但溫度升高，體系中所有反應(yīng)的反應(yīng)速率都加快，D項(xiàng)錯(cuò)誤。11．(2022·江蘇南通期中)一定條件下，將一定量的CO2和H2混合氣體通過(guò)裝有催化劑的反應(yīng)器可得到甲烷。已知：Ⅰ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41kJ·mol－1Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－165kJ·mol－1在兩種不同催化劑作用下反應(yīng)相同時(shí)間，CO2轉(zhuǎn)化率和生成CH4選擇性隨溫度變化關(guān)系如圖所示(CH4選擇性＝eq\f(CH4的物質(zhì)的量,發(fā)生反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量)×100%)。下列說(shuō)法不正確的是()A．反應(yīng)CO(g)＋3H2(g)=CH4(g)＋H2O(g)ΔH＝－206kJ·mol－1B．在280℃條件下反應(yīng)制取CH4，選擇催化劑A的效果較好C．260～300℃間，使用催化劑A或B，升高溫度時(shí)CH4的產(chǎn)率都增大D．M點(diǎn)可能是該溫度下的平衡點(diǎn)，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，不一定能提高CH4的產(chǎn)率答案D=kJ·mol－1－(＋41kJ·mol－l)＝－206kJ·mol－1，A正確；據(jù)圖可知在280℃條件下反應(yīng)，使用催化劑A時(shí)CH4的選擇性更高，B正確；由圖可知，260～300℃間，使用催化劑A或B，升高溫度時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率都增大，CH4的選擇性都增大，則產(chǎn)率都增大，C正確；據(jù)圖可知選用催化劑A時(shí)，在與M點(diǎn)相同溫度條件下，CO2有更高的轉(zhuǎn)化率，而催化劑不影響平衡，說(shuō)明M點(diǎn)一定不是平衡點(diǎn)，D錯(cuò)誤。12．近年來(lái)我國(guó)大力加強(qiáng)溫室氣體CO2催化氫化合成甲醇技術(shù)的工業(yè)化量產(chǎn)研究，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)已知：CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g)ΔH1＝＋41.1kJ·mol－1CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.0kJ·mol－1寫(xiě)出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學(xué)方程式：________________________________。(2)為提高CH3OH(g)的產(chǎn)率，理論上應(yīng)采用的條件是________(填字母)。a．高溫高壓 b．低溫低壓c．高溫低壓 d．低溫高壓(3)250℃時(shí)，在恒容密閉容器中由CO2(g)催化氫化合成CH3OH(g)，如圖為不同投料比[eq\f(nH2,nCO2)]時(shí)某反應(yīng)物X的平衡轉(zhuǎn)化率的變化曲線(xiàn)。反應(yīng)物X是________(填“CO2”或“H2”)。(4)250℃時(shí)，在體積為2.0L的恒容密閉容器中加入6molH2、2molCO2和催化劑，10min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得c(CH3OH)＝0.75mol·L－1。①前10min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)＝________mol·L－1·min－1。②化學(xué)平衡常數(shù)K＝______________________________________________________。③催化劑和反應(yīng)條件與反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性高度相關(guān)?？刂葡嗤读媳群拖嗤磻?yīng)時(shí)間，得到的四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示：實(shí)驗(yàn)編號(hào)溫度/K催化劑CO2的轉(zhuǎn)化率/%甲醇的選擇性/%A543Cu/ZnO納米棒12.342.3B543Cu/ZnO納米片11.972.7C553Cu/ZnO納米棒15.339.1D553Cu/ZnO納米片12.070.6根據(jù)上表所給數(shù)據(jù)，用CO2生產(chǎn)甲醇的最優(yōu)條件為_(kāi)_______(填實(shí)驗(yàn)編號(hào))。答案(1)3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－48.9kJ·mol－1(2)d(3)CO2(4)①0.225②eq\f(16,3)③B解析(1)根據(jù)蓋斯定律，將題述兩個(gè)熱化學(xué)方程式相加可得：3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－48.9kJ·mol－1。(2)根據(jù)熱化學(xué)方程式可知，生成CH3OH(g)的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，也是氣體體積減小的反應(yīng)，故要想提高CH3OH(g)的產(chǎn)率，需要低溫高壓。(3)圖中的橫坐標(biāo)為eq\f(nH2,nCO2)，假設(shè)n(CO2)為定值，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨n(H2)的增大而增大，故反應(yīng)物X為CO2。(4)①CH3OH(g)的濃度變化量為0.75mol·L－1，則：3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始/(mol·L－1)3100轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)2.250.750.750.75平衡/(mol·L－1)0.750.250.750.75H2的濃度變化量為2.25mol·L－1，則前10min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)＝0.225mol·L－1·min－1。②K＝eq\f(cCH3OH·cH2O,c3H2·cCO2)＝eq\f(0.75×0.75,0.753×0.25)＝eq\f(16,3)。③選擇性是指產(chǎn)物的專(zhuān)一性，在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中若有多個(gè)產(chǎn)物，其中某一產(chǎn)物是目標(biāo)產(chǎn)物，若這個(gè)物質(zhì)的產(chǎn)率越高，說(shuō)明該反應(yīng)的選擇性越好。觀(guān)察四組數(shù)據(jù)，相比之下，B、D中甲醇的選擇性好，雖然B中CO2的轉(zhuǎn)化率比D中的稍低些，但是B中CH3OH(g)的選擇性比D中的好，故B為最優(yōu)條件。13．(2022·陜西眉縣高二期中)CO2可用來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49kJ·mol－1。在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO2和2molH2，一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得CH3OH(g)濃度隨時(shí)間的變化如表所示：時(shí)間/min0351015濃度/(mol·L－1)00.30.450.50.5(1)H2的平衡轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。該條件下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。(2)下列措施中能使平衡體系中eq\f(n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CH3OH)),n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO2)))增大且不減慢化學(xué)反應(yīng)速率的是________(填字母)。A．升高溫度B．充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大C．再充入1molH2D．將H2O(g)從體系中分離出去(3)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，H2的物質(zhì)的量濃度為c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反應(yīng)再一次達(dá)到平衡后，H2的物質(zhì)的量濃度為c2，則c1________(填“>”“＜”或“＝”)c2。(4)要提高CO2的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是____(填字母)。A．加入催化劑B．增大CO2的濃度C．通入惰性氣體D．通入H2E．分離出甲醇(5)在使用不同催化劑時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)測(cè)得CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。則催化效果最佳的是催化劑____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。如果a點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則b點(diǎn)的v正_____(填“>”“<”或“＝”)v逆，c點(diǎn)轉(zhuǎn)化率比a點(diǎn)低的原因是______________。答案(1)75%4(2)C(3)＜(4)DE(5)Ⅰ＞該反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)解析(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，甲醇平衡時(shí)的濃度為0.5mol·L－1，依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，達(dá)到平衡時(shí)，消耗氫氣的濃度為0.5mol·L－1×3＝1.5mol·L－1，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率為eq\f(1.5mol·L－1×1L,2mol)×100%＝75%，達(dá)到平衡時(shí)c(CH3OH)＝c(H2O)＝0.5mol·L－1，c(CO2)＝1mol·L－1－0.5mol·L－1＝0.5mol·L－1，c(H2)＝2mol·L－1－1.5mol·L－1＝0.5mol·L－1，平衡常數(shù)K＝eq\f(cCH3OH·cH2O,cCO2·c3H2)＝eq\f(0.5×0.5,0.5×0.53)＝4。(2)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量減小，二氧化碳的物質(zhì)的量增大，該比值減小，故A不符合題意；恒容狀態(tài)下，充入He(g)，體系壓強(qiáng)增大，但各組分濃度不變，化學(xué)平衡不移動(dòng)，該比值不變，故B不符合題意；再充入1mol氫氣，濃度增大，反應(yīng)速率加快，增加反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇物質(zhì)的量增大，二氧化碳物質(zhì)的量減小，該比值增大，故C符合題意；將水蒸氣從體系中分離出來(lái)，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，故D不符合題意。(3)達(dá)到平衡時(shí)，再通入氫氣，雖然平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但氫氣濃度比原平衡大，即c1＜c2。(4)加入催化劑，對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無(wú)影響，即CO2的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故A不符合題意；增大CO2的濃度，平衡雖然向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但CO2的轉(zhuǎn)化率降低，故B不符合題意；恒容狀態(tài)下，通入惰性氣體，雖然氣體壓強(qiáng)增大，但各組分濃度不變，化學(xué)平衡不移動(dòng)，即二氧化碳的轉(zhuǎn)化率不變，故C不符合題意；通入氫氣，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故D符合題意；分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故E符合題意。(5)根據(jù)圖中可知，相同溫度下，催化劑Ⅰ的催化效果最佳；a點(diǎn)達(dá)到平衡，加入催化劑，對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無(wú)影響，b點(diǎn)沒(méi)有達(dá)到平衡，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，說(shuō)明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即v正＞v逆；a點(diǎn)達(dá)到平衡，c點(diǎn)也是平衡點(diǎn)，但c點(diǎn)溫度高于a點(diǎn)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低。14．(2022·萊州市高二檢測(cè))Ⅰ.“丁烯裂解法”是一種重要的丙烯生產(chǎn)法，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有生成乙烯的副反應(yīng)發(fā)生。反應(yīng)如下：主反應(yīng)：3C4H84C3H6；副反應(yīng)：C4H82C2H4。測(cè)得上述兩反應(yīng)的平衡體系中，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w%)隨溫度(T)和壓強(qiáng)(p)變化的趨勢(shì)分別如圖1和圖2所示：(1)平衡體系中的丙烯和乙烯的質(zhì)量比[eq\f(m\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(C3H6)),m\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(C2H4)))]是工業(yè)生產(chǎn)丙烯時(shí)選擇反應(yīng)條件的重要指標(biāo)之一，從產(chǎn)物的純度考慮，該數(shù)值越高越好，從圖1和圖2中表現(xiàn)的趨勢(shì)來(lái)看，下列反應(yīng)條件最適宜的是________(填字母)。A．300℃0.1MPa B．700℃0.1M