2023-2024屆新高考一輪復(fù)習(xí)人教版 第七章 練習(xí)9　化工生產(chǎn)中的速率與平衡圖像分析 學(xué)案

熱點(diǎn)強(qiáng)化練9化工生產(chǎn)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(zhuǎn)

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(shuō)法錯(cuò)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(yīng)溫度/七

A.250C時(shí),催化劑的活性最大

B.250?30OC時(shí),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(shí)，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(shí)，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(shí),催化劑的活性最大,A項(xiàng)正確;250?300℃

時(shí),溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過(guò)250C時(shí),催

化劑的催化效率降低,B項(xiàng)正確;300?400℃時(shí)，乙酸的生成速率升高

的原因是溫度升高,C項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)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(chǎn)的化工原料氣中有機(jī)硫的主要形式。CoS催化水解的反應(yīng)為

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

度、相同時(shí)間內(nèi)，測(cè)得不同溫度及不同催化劑下COS水解反應(yīng)的轉(zhuǎn)化

率如圖所示：

下列說(shuō)法正確的是(B)

A.N點(diǎn)為該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的點(diǎn)

B.正反應(yīng)的平均反應(yīng)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(shí)?,用γ-AbOs作催化劑,達(dá)到平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)最大

解析：由題圖可知,在N點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下，由TiO2作催化劑時(shí)COS的轉(zhuǎn)化

率更高,可知N點(diǎn)并未達(dá)到平衡狀態(tài),A項(xiàng)錯(cuò)誤;相同時(shí)間內(nèi)COS的轉(zhuǎn)

化率越大催化效率越高,正反應(yīng)的平均反應(yīng)速率P>N>M,B項(xiàng)正確;低

溫時(shí)γ-AkOs對(duì)COS水解反應(yīng)的催化效果好,C項(xiàng)錯(cuò)誤;在相同溫度下，

無(wú)論用哪種催化劑,達(dá)到平衡時(shí)C0?的體積分?jǐn)?shù)都一樣,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

3.(2022?北師大實(shí)驗(yàn)中學(xué)三模)在一定條件下,利用⑩合成OWH的

反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1,研究發(fā)現(xiàn),反應(yīng)過(guò)程

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

的平衡產(chǎn)率影響如圖所示。下列說(shuō)法中，不正確的是(C)

A.ΔH1<O,ΔH2>0

B.增大壓強(qiáng)有利于加快合成反應(yīng)的速率

C.實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，升高溫度一定降低CH3OH的產(chǎn)率

D.實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)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(chǎn)率增大，即副反應(yīng)

正向移動(dòng)，則AHz>O,CH3OH的平衡產(chǎn)率減小，即合成反應(yīng)逆向移動(dòng)，則

ΔH1<O,A正確;增大壓強(qiáng)即壓縮體積,反應(yīng)物濃度增大,故有利于加快

合成反應(yīng)的速率,B正確；實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，往往保持一定流速通入氣

體反應(yīng)物,故在反應(yīng)未達(dá)到平衡之前,溫度越高反應(yīng)速率越快,則

CH3OH的產(chǎn)率越大,反應(yīng)達(dá)到平衡后再升高溫度平衡逆向移動(dòng),則

CH3OH的產(chǎn)率反而降低,故升高溫度不一定降低CH3OH的產(chǎn)率,C不正確;

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)使用合適的催化劑提高CLOH的選擇性,減

少副反應(yīng)的發(fā)生而提高原料的利用率和CH3OH的產(chǎn)率,D正確。

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

反應(yīng)制備苯硫酚(CGHSSH),同時(shí)有副產(chǎn)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(zhì)的量1：1進(jìn)入反應(yīng)器,定時(shí)測(cè)定反應(yīng)器尾端出

來(lái)的混合氣體中各產(chǎn)物的量,得到單程收率

（生產(chǎn)力的產(chǎn)物所消耗的原料量

義100%）與溫度的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正

進(jìn)入反應(yīng)器的原料量

確的是（BC）

A.ΔHl<O,Δ?<0

B.反應(yīng)∏的活化能較大

C.590℃以上,隨溫度升高,反應(yīng)I消耗H2S減少

D.645℃時(shí),反應(yīng)I的化學(xué)平衡常數(shù)K=∣

解析:溫度大于590℃時(shí)，隨溫度升高,苯硫酚的單程收率降低,說(shuō)明

ΔH,<O,隨溫度升高,苯的單程收率增大,說(shuō)明AIVO,故A錯(cuò)誤;溫度

較低時(shí),苯的單程收率小，說(shuō)明反應(yīng)II的速率小，反應(yīng)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(yīng)I

消耗H2S減少，故C正確；設(shè)通入氯苯、HzS的物質(zhì)的量各為1mol,645℃

時(shí),苯硫酚的單程收率為20%、苯的單程收率為20%,則反應(yīng)I消耗0.2

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

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(yīng)I的化學(xué)平衡常數(shù)K=衿黑《故D錯(cuò)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(hù)的重要內(nèi)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(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為嗯忌需,請(qǐng)寫出此反應(yīng)的熱化學(xué)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(duì)C02的平衡轉(zhuǎn)化率及催化劑的效

率影響如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(填序號(hào))。

100150200250300350溫度優(yōu)

①不同條件下反應(yīng),N點(diǎn)的速率最大

②M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大

③溫度低于250℃時(shí)一，隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率增大

④實(shí)際反應(yīng)中應(yīng)盡可能在較低的溫度下進(jìn)行，以提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化

率

⑤該反應(yīng)△H<0

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

如圖為平衡時(shí)No的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系。

5

赧

①

格

母

痘

O

N

①溫度:Tl(填或“>”)T20

②某溫度下,若反應(yīng)進(jìn)行到10分鐘達(dá)到平衡狀態(tài)D點(diǎn)時(shí)，容器的容積

為2L,則此時(shí)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(yīng)速率V(Co)=o

③若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大容積至體系壓強(qiáng)減小,重新達(dá)

到的平衡狀態(tài)可能是圖中A?G點(diǎn)中的點(diǎn)。

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

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

(2)①隨著溫度的升高,化學(xué)反應(yīng)速率增大,但催化劑的催化效率先升

高后降低,所以N點(diǎn)的反應(yīng)速率不一定最大,錯(cuò)誤;②隨溫度升高CO2

的平衡轉(zhuǎn)化率減小,說(shuō)明溫度升高平衡逆向移動(dòng),所以該反應(yīng)的△

H<0,M點(diǎn)時(shí)溫度低于N點(diǎn),故M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大,正

確;③溫度低于250C時(shí)，隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率減小,錯(cuò)誤;④該反

應(yīng)在較低的溫度下進(jìn)行能提高CO?的平衡轉(zhuǎn)化率,但溫度低,反應(yīng)速率

小，實(shí)際反應(yīng)中應(yīng)盡可能在250℃下進(jìn)行,錯(cuò)誤;⑤隨溫度升高CO?的

平衡轉(zhuǎn)化率減小,說(shuō)明溫度升高平衡逆向移動(dòng),所以該反應(yīng)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(dòng),NO的體積分?jǐn)?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(shè)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(zhuǎn)化/2x2xX2x

(mol∕L)

平衡/2-2x2.5-2xX2x

(mol∕L)

----------------?θ.25,解得x=0.5,K=臀22;根據(jù)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(yīng)速率V(Ce))WLL=0.1mol∕(L?min)。

IOmin

③若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大容積至體系壓強(qiáng)減小,平衡逆

向移動(dòng),NO體積分?jǐn)?shù)增大,故重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中的A點(diǎn)。

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

反應(yīng)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(jì)算生成1mol碳碳n鍵放出的能量為一

kjo

(2)對(duì)于反應(yīng)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(yīng))，從平衡移動(dòng)的角度判斷,達(dá)到平衡后“通入

N”的作用是_______________________________________________

o在溫度為「時(shí),C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率與

通入氣體中C3H8的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖a所示,計(jì)算Tl時(shí)反應(yīng)I

的平衡常數(shù)KP=kPa(以分壓表示,分壓=總壓義物質(zhì)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(zhì)的量分?jǐn)?shù)

Sa

0

8

B

d6

-M由

φ4

2

O

0.00.51.01.52.02.5

時(shí)間/s

圖b

(3)在溫度為T2時(shí),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(shí)間的變化關(guān)系如圖b所示。。?

1.2S生成CNi的平均速率為kPa?s?在反應(yīng)一段時(shí)間

后,C曲和的消耗速率比小于2:1的原因?yàn)镺

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(yīng)條件下只發(fā)生如下反應(yīng)(k、k,為速

率常數(shù))：

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

反應(yīng)HI:2CM(g)+902(g)—BCO2(g)+6H20(g)k'

實(shí)驗(yàn)測(cè)得丙烯的凈生成速率方程為V(C3H6)=kp(C3H8)-k'p(C3H6),可推

測(cè)丙烯的濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)為,其理由

是O

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

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(dá)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(dòng)，即向正反應(yīng)方向

移動(dòng),C3H8(g)的轉(zhuǎn)化率增大;根據(jù)圖a,C3H8的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.4時(shí)，

其平衡轉(zhuǎn)化率為50%,假設(shè)混合氣體為1mol,則起始時(shí)CsL為0.4

mol,岫為0.6mol,運(yùn)用三段式法計(jì)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(shí)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(shí)反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=x16.7

1.2mol6—IJkMPaU?￡

6

kPa0

(3)0?L2s內(nèi)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(yīng)I、II,CN的分壓應(yīng)大于乩和

H2O的分壓,但由圖b知，隨著反應(yīng)進(jìn)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(yīng)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(yīng)開(kāi)始時(shí),反應(yīng)II向右進(jìn)行,c6九)逐漸增大,且體系中以反應(yīng)

II為主,隨著反應(yīng)進(jìn)行,P(C3H8)減小,P(C3H6)增大,使得V(C3H6)減小,體

系中以反應(yīng)m為主，因此丙烯的濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)為先增大后減

小。

答案：(1)271(2)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)或提高丙烷轉(zhuǎn)化率

16.7(3)2.0(發(fā)生副反應(yīng))生成CO2、乩0使消耗量增大

(4)先增大后減小反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)∏為主要反應(yīng),反應(yīng)一段時(shí)間后,

反應(yīng)In為主要反應(yīng)(或反應(yīng)初始時(shí),C3H8的分壓較大,反應(yīng)II的速率較

大。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,C34的分壓降低,，3比的分壓增大,反應(yīng)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(shí),該合成對(duì)解決能源

問(wèn)題具有重大意義。該過(guò)程中有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程能量關(guān)系如

圖。

(1)請(qǐng)寫出C0(g)與FUg)生成CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式:—

i

(2)對(duì)于CO2(g)+3H2(g)=^=CH3OH(g)+H2O(g)反應(yīng)，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(zhuǎn)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(yīng):CO2(g)÷3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g),CO2在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化

率與總壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，圖中M點(diǎn)時(shí)CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)

為,該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=atm2(用平衡分壓代

替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓義物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

洪70

越60

衛(wèi)50

解40

題30

詳

020

310

0

255075100125150

壓強(qiáng)∕atm

(4)由CO2和1合成甲醇有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),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(guò)控制雙組分催化劑

(CuO-ZnO)中CuO的含量,提高甲醇產(chǎn)率,根據(jù)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

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