2023-2024屆新高考一輪復習人教版 第七章 練習9　化工生產中的速率與平衡圖像分析 學案

熱點強化練9化工生產中的速率與平衡圖像分析

1.以表面覆蓋Cu2AkO4的二氧化鈦為催化齊!J,可以將CO?和CH”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。下列說法錯誤的是(C)

2OO

傕40

一

化

乙

劑

酸

的1OO

的

催20

生

化

成

效

速

率OO

lA率

20030040

反應溫度/七

A.250C時,催化劑的活性最大

B.250?30OC時,溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是催化劑

的催化效率降低

C.300-400℃時，乙酸的生成速率升高的原因是催化劑的催化效率

增大

D.300?400℃時，乙酸的生成速率升高的原因是溫度升高

解析：由圖可知,250℃時,催化劑的活性最大,A項正確;250?300℃

時,溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過250C時,催

化劑的催化效率降低,B項正確;300?400℃時，乙酸的生成速率升高

的原因是溫度升高,C項錯誤、D項正確。

2.(2022?陜西渭南一模)默基硫(CoS)是以煤、石油、天然氣為原料

生產的化工原料氣中有機硫的主要形式。CoS催化水解的反應為

COS(g)+H2O(g)-CO2(g)+H2S(g)△*(),在相同投料比、相同氣流速

度、相同時間內，測得不同溫度及不同催化劑下COS水解反應的轉化

率如圖所示：

下列說法正確的是(B)

A.N點為該反應達到平衡狀態(tài)的點

B.正反應的平均反應速率:P>N>M

C.任何溫度下，γ-AbG的催化效果都比Ti(λ好

D.150℃時?,用γ-AbOs作催化劑,達到平衡時CO2的體積分數(shù)最大

解析：由題圖可知,在N點對應溫度下，由TiO2作催化劑時COS的轉化

率更高,可知N點并未達到平衡狀態(tài),A項錯誤;相同時間內COS的轉

化率越大催化效率越高,正反應的平均反應速率P>N>M,B項正確;低

溫時γ-AkOs對COS水解反應的催化效果好,C項錯誤;在相同溫度下，

無論用哪種催化劑,達到平衡時C0?的體積分數(shù)都一樣,D項錯誤。

3.(2022?北師大實驗中學三模)在一定條件下,利用⑩合成OWH的

反應為CO2(g)+3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1,研究發(fā)現(xiàn),反應過程

中會有副反應:CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)ΔH2,溫度對CLOH、CO

的平衡產率影響如圖所示。下列說法中，不正確的是(C)

A.ΔH1<O,ΔH2>0

B.增大壓強有利于加快合成反應的速率

C.實際生產過程中，升高溫度一定降低CH3OH的產率

D.實際生產過程中，可以通過使用合適的催化劑提高CH3OH的選擇性

解析：由題干圖像信息可知,升高溫度CO的平衡產率增大，即副反應

正向移動，則AHz>O,CH3OH的平衡產率減小，即合成反應逆向移動，則

ΔH1<O,A正確;增大壓強即壓縮體積,反應物濃度增大,故有利于加快

合成反應的速率,B正確；實際生產過程中，往往保持一定流速通入氣

體反應物,故在反應未達到平衡之前,溫度越高反應速率越快,則

CH3OH的產率越大,反應達到平衡后再升高溫度平衡逆向移動,則

CH3OH的產率反而降低,故升高溫度不一定降低CH3OH的產率,C不正確;

實際生產過程中，可以通過使用合適的催化劑提高CLOH的選擇性,減

少副反應的發(fā)生而提高原料的利用率和CH3OH的產率,D正確。

4.(不定項)(2022?山東煙臺三模)工業(yè)上用C6H5Cl和H2S的高溫氣相

反應制備苯硫酚(CGHSSH),同時有副產物C6H6生成：

I.C6H5Cl(g)+H2S(g)-=÷C6H5SH(g)+HCl(g)ΔH1

II.CHCl(g)+HS(g)-CH(g)+HCl(g)+?(g)ΔH

65266O82

使C6H5Cl和H2S按物質的量1：1進入反應器,定時測定反應器尾端出

來的混合氣體中各產物的量,得到單程收率

（生產力的產物所消耗的原料量

義100%）與溫度的關系如圖所示。下列說法正

進入反應器的原料量

確的是（BC）

A.ΔHl<O,Δ?<0

B.反應∏的活化能較大

C.590℃以上,隨溫度升高,反應I消耗H2S減少

D.645℃時,反應I的化學平衡常數(shù)K=∣

解析:溫度大于590℃時，隨溫度升高,苯硫酚的單程收率降低,說明

ΔH,<O,隨溫度升高,苯的單程收率增大,說明AIVO,故A錯誤;溫度

較低時,苯的單程收率小，說明反應II的速率小，反應II的活化能較大，

故B正確;590℃以上,隨溫度升高,苯硫酚的單程收率降低,反應I

消耗H2S減少，故C正確；設通入氯苯、HzS的物質的量各為1mol,645℃

時,苯硫酚的單程收率為20%、苯的單程收率為20%,則反應I消耗0.2

mol氯苯、0.2molELS,生成苯硫酚0.2mol、氯化氫0.2mol,反應

H消耗0.2mol氯苯、0.2molH2S,生成苯0.2mol>氯化氫0?2mol、

S8O.025mol,容器中含有0.6mol氯苯、0.6molH2S?0.2mol苯

硫酚、0?4mol氯化氫,反應I的化學平衡常數(shù)K=衿黑《故D錯誤。

0.6×0.69

5.(2022?湖南師大附中月考)減少氮的氧化物和碳的氧化物在大氣

中的排放是環(huán)境保護的重要內容之一。

⑴已知:N2(g)+02(g)—2N0(g)ΔH=+180.5kj/mol

C(s)+02(g)-CO2(g)ΔH=-393.5kj/mol

2C(s)+02(g)-2C0(g)ΔH=-221kj/mol

若某反應的平衡常數(shù)表達式為嗯忌需,請寫出此反應的熱化學方

c2(N0)c2(CO)

程式:。

(2)利用H2和CO2在一定條件下可以合成乙烯:6H2(g)+2C02(g)第”

CH2=CH2(g)+4H20(g),已知不同溫度對C02的平衡轉化率及催化劑的效

率影響如圖所示。下列有關說法正確的是(填序號)。

100150200250300350溫度優(yōu)

①不同條件下反應,N點的速率最大

②M點時平衡常數(shù)比N點時平衡常數(shù)大

③溫度低于250℃時一，隨溫度升高乙烯的產率增大

④實際反應中應盡可能在較低的溫度下進行，以提高CO2的平衡轉化

率

⑤該反應△H<0

⑶在密閉容器中充入5molCo和4molNO,發(fā)生上述(1)中某反應,

如圖為平衡時No的體積分數(shù)與溫度、壓強的關系。

5

赧

①

格

母

痘

O

N

①溫度:Tl(填或“>”)T20

②某溫度下,若反應進行到10分鐘達到平衡狀態(tài)D點時，容器的容積

為2L,則此時的平衡常數(shù)K=(保留兩位有效數(shù)字)；用CO

的濃度變化表示的平均反應速率V(Co)=o

③若在D點對反應容器升溫的同時擴大容積至體系壓強減小,重新達

到的平衡狀態(tài)可能是圖中A?G點中的點。

解析：(1)由平衡常數(shù)表達式知目標方程式為2N0(g)+2C0(g)—

N2(g)+2CO2(g),根據蓋斯定律，可知AH=-746.5kj∕molo

(2)①隨著溫度的升高,化學反應速率增大,但催化劑的催化效率先升

高后降低,所以N點的反應速率不一定最大,錯誤;②隨溫度升高CO2

的平衡轉化率減小,說明溫度升高平衡逆向移動,所以該反應的△

H<0,M點時溫度低于N點,故M點時平衡常數(shù)比N點時平衡常數(shù)大,正

確;③溫度低于250C時，隨溫度升高乙烯的產率減小,錯誤;④該反

應在較低的溫度下進行能提高CO?的平衡轉化率,但溫度低,反應速率

小，實際反應中應盡可能在250℃下進行,錯誤;⑤隨溫度升高CO?的

平衡轉化率減小,說明溫度升高平衡逆向移動,所以該反應的△H<0,

正確。

(3)①2NO(g)+2CO(g)0N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kj∕mol,升高溫

度平衡逆向移動,NO的體積分數(shù)增大,所以T1>T2o

②在2L密閉容器中充入5molCO和4molNO,則CO和NO的起始

濃度分別為2.5mol∕L和2mol∕L0設NO濃度的變化量為2xmol∕L,

2N0(g)+2C0(g)-N2(g)+2C02(g)

起始/22.500

(mol∕L)

轉化/2x2xX2x

(mol∕L)

平衡/2-2x2.5-2xX2x

(mol∕L)

----------------?θ.25,解得x=0.5,K=臀22;根據v=",用CO

2-2x+2.5-2x+x+2x12×1.52?t

的濃度變化表示的平均反應速率V(Ce))WLL=0.1mol∕(L?min)。

IOmin

③若在D點對反應容器升溫的同時擴大容積至體系壓強減小,平衡逆

向移動,NO體積分數(shù)增大,故重新達到的平衡狀態(tài)可能是圖中的A點。

答案：(1)2N0(g)+2C0(g)TUg)+2C02(g)

ΔH=-746.5kj/mol

⑵②⑤

⑶①>②0.220.1mol∕(L?min)③A

6.(2021?湖北卷)丙烯是一種重要的化工原料,可以在催化劑作用下,

由丙烷直接脫氫或氧化脫氫制備。

反應I(直接脫氫)CH8(g)-CE(g)+H2(g)ΔH,=+125kJ?moΓ'

反應II(氧化脫氫)：CN(g)+京2(g)-C3H6(g)+H2O(g)ΔH2=-118

kJ?moll

(1)已知鍵能:E(C—H)=416kJ?moll,

E(H-H)=436kJ?moll,由此計算生成1mol碳碳n鍵放出的能量為一

kjo

(2)對于反應I,總壓恒定為100kPa,在密閉容器中通入CsHs和岫的

混合氣體⑹不參與反應)，從平衡移動的角度判斷,達到平衡后“通入

N”的作用是_______________________________________________

o在溫度為「時,C3H8的平衡轉化率與

通入氣體中C3H8的物質的量分數(shù)的關系如圖a所示,計算Tl時反應I

的平衡常數(shù)KP=kPa(以分壓表示,分壓=總壓義物質的量分

數(shù),保留一位小數(shù))。

10O

興

∕o

?8

3

o

∕6

港

o

?g-4

≈o

o

2

O'3I一1一‘

0.00.20.40.60.81.0

通人氣體中CsM的物質的量分數(shù)

Sa

0

8

B

d6

-M由

φ4

2

O

0.00.51.01.52.02.5

時間/s

圖b

(3)在溫度為T2時,通入氣體分壓比為p(C3?)：P(O2)：P(N2)=IO：5:

85的混合氣體,各組分氣體的分壓隨時間的變化關系如圖b所示。。?

1.2S生成CNi的平均速率為kPa?s?在反應一段時間

后,C曲和的消耗速率比小于2:1的原因為O

⑷恒溫剛性密閉容器中通入氣體分壓比為P(C3H8)：p(02)：p(N2)=2:

13：85的混合氣體，已知某反應條件下只發(fā)生如下反應(k、k,為速

率常數(shù))：

反應II:2C3H8(g)+02(g)——2C3H6(g)+2H20(g)k

反應HI:2CM(g)+902(g)—BCO2(g)+6H20(g)k'

實驗測得丙烯的凈生成速率方程為V(C3H6)=kp(C3H8)-k'p(C3H6),可推

測丙烯的濃度隨時間的變化趨勢為,其理由

是O

解析:(1)由C3H8(g)=—C3H6(g)+H2(g)ΔH,=+125kJ-molT可知反應

中需要斷裂2molC—H、形成1mol碳碳n鍵和1molH—H,416

kJ?mol1×2-E(碳碳π鍵)-436kJ?moΓ1=+125kJ?moΓ',解得E(碳

碳n鍵)=271kJ?moΓ∣,所以形成ImOl碳碳五鍵放出的能量為271H0

⑵達到平衡后“通入N2”，由于總壓恒定為IOOkPa,則容器體積增

大,氣體濃度減小,平衡向氣體體積增大的方向移動，即向正反應方向

移動,C3H8(g)的轉化率增大;根據圖a,C3H8的物質的量分數(shù)為0.4時，

其平衡轉化率為50%,假設混合氣體為1mol,則起始時CsL為0.4

mol,岫為0.6mol,運用三段式法計算

i

C3H8(g)UH2(g)+C3H6(g)

起始∕mol0.400

變化∕mol0.20.20.2

平衡∕mol0.20.20.2

由于總壓恒定為100kPa,平衡時C3H8為0.2mol,C3H6^J0.2mol,H2

為0.2mol,N2^J0.6mol,則C3H8(g)>C3H6(g)>H2(g)的分壓均為100

IOO1IOO1

kPaXW瑪=警kPa,故Tl時反應I的平衡常數(shù)K=x16.7

1.2mol6—IJkMPaU?￡

6

kPa0

(3)0?L2s內CN的分壓由0增大為2.4kPa,則生成的平均速

率為S也2kPa;若只發(fā)生反應I、II,CN的分壓應大于乩和

H2O的分壓,但由圖b知，隨著反應進行,分壓p(H2O)>p(C3H6)>p(H2),且

有C02生成,乩分壓降低,故體系中還發(fā)生反應C3H6(g)+?2(g)-

3C02(g)+3H20(g)、H2(g)+?2(g)-H2O(g),消耗O2,因此C3H8?0?的消

耗速率比小于2：1。

⑷反應開始時,反應II向右進行,c6九)逐漸增大,且體系中以反應

II為主,隨著反應進行,P(C3H8)減小,P(C3H6)增大,使得V(C3H6)減小,體

系中以反應m為主，因此丙烯的濃度隨時間的變化趨勢為先增大后減

小。

答案：(1)271(2)使平衡向正反應方向移動或提高丙烷轉化率

16.7(3)2.0(發(fā)生副反應)生成CO2、乩0使消耗量增大

(4)先增大后減小反應開始時，反應∏為主要反應,反應一段時間后,

反應In為主要反應(或反應初始時,C3H8的分壓較大,反應II的速率較

大。隨著反應的進行,C34的分壓降低,，3比的分壓增大,反應HI的速率

較大)

7.在一定條件下，由∞2和乩合成甲醇已成為現(xiàn)實,該合成對解決能源

問題具有重大意義。該過程中有兩個競爭反應,反應過程能量關系如

圖。

(1)請寫出C0(g)與FUg)生成CH3OH(g)的熱化學方程式:—

i

(2)對于CO2(g)+3H2(g)=^=CH3OH(g)+H2O(g)反應，已矢口V正=k正

3

c(CO2)?c(H2),Va=ka5c(CH3OH)?c(LO),升高溫度k正增大的倍數(shù)

(填或J”)k逆增大的倍數(shù),為了提高同的轉化率,

可采取的措施有(填字母)。

A.加壓B.升溫

C.加催化劑D.增加CO2的濃度

(3)在一容積可變的密閉容器中，充入1molCO2與3mol乩發(fā)生反

應:CO2(g)÷3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g),CO2在不同溫度下的平衡轉化

率與總壓強的關系如圖所示，圖中M點時CH3OH的物質的量分數(shù)

為,該反應的壓強平衡常數(shù)Kp=atm2(用平衡分壓代

替平衡濃度計算,分壓=總壓義物質的量分數(shù))。

洪70

越60

衛(wèi)50

解40

題30

詳

020

310

0

255075100125150

壓強∕atm

(4)由CO2和1合成甲醇有兩個競爭反應,為提高CkOH的選擇性,在原

料氣中摻入一定量C0,原因是____________________________

o另外,可以通過控制雙組分催化劑

(CuO-ZnO)中CuO的含量,提高甲醇產率,根據如圖判斷,催化劑選擇

性最好的CuO的含量為。

80

60W

%O

40G

H

~X§20C

χ>