專題09化學反應(yīng)原理綜合（題型突破）

目錄

題型1化工生產(chǎn)中條件選擇與控制

題型2設(shè)置情景制備新型工業(yè)材料

題型3運用化學反應(yīng)原理環(huán)境保護

題型1化工生產(chǎn)中條件選擇與控制

1.（2024.浙江省金華市十校選考模擬考試）科學家開發(fā)新型催化劑實現(xiàn)了N2O對CH3CH=CHCH3（2-T

烯）的氣相選擇性氧化，其反應(yīng)為：

反應(yīng)I：CH3cH:CHCH3（g）+N2O（g）3cH2coeH3（￡）+N2（g）AHi=-398kJmo「

反應(yīng)H：CH3CH=CHCH3（g）+2N2O（g）2CH3CHO（g）+2N2（g）AH2

請回答：

（1）幾種共價鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表所示。

共價鍵C-HC-CC=CC=ON三NN=ON=N

鍵能/kJmoL413347614745945607418

已知N2O的結(jié)構(gòu)式為N=N=O,反應(yīng)II的正反應(yīng)的活化能為EkJ-mo『，則反應(yīng)II的逆反應(yīng)的活化能力.

kJ-mor'o

（2）一定溫度下，向恒壓密閉容器中充入CH3cH二CHCH3（g）和N2O（g）,發(fā)生反應(yīng)I和反應(yīng)H,測得平衡

體系中N2的體積分數(shù)與起始投料比…二口一，口、的關(guān)系如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是

〃（CH3cH=CHCHJ

___________（填標號）。

〃(NQ)

n(CH2CH=CHCH3)

A.混合氣體中N2體積分數(shù)不再變化說明反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)

B.達到平衡時，體系中N2的體積分數(shù)總是小于50%

C.M、N、Q三點,N2O(g)的轉(zhuǎn)化率大小:N>M>Q

D.從N到Q,N2百分含量下降，是因為反應(yīng)I逆向移動

⑶在恒壓密閉容器中充入2molCH3cH=CHCHMg)和2molN2O(g),發(fā)生反應(yīng)【和反應(yīng)II。Pi壓強下測

得平衡時CH3CH2COCH的選擇性與溫度的關(guān)系如圖所示。X點時CH3cH=CHCHKg)的平衡轉(zhuǎn)化率為50%o

生成目標產(chǎn)物所消耗的2-丁烯的物質(zhì)的審:

(CH3CH2COCH的選擇性=

反應(yīng)消耗的2-丁烯的總物質(zhì)的量

①其他條件不變，溫度升高，平衡時CH3cH2coe%(g)的選擇性升高的原因是o

②X點反應(yīng)I的平衡常數(shù)KP的數(shù)值為_________(用平衡分壓代替平衡濃度，分壓二總壓x物質(zhì)的量分數(shù))。

③若P2>Pi,請在圖中畫出P2時，CH3cH2coe%的選擇性隨溫度升高的變化曲線。

【答案】⑴E+716(2)AB

(3)溫度升高，反應(yīng)II逆向移動使反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)物濃度增大促進反應(yīng)I正向移動的影響程度大

于溫度升高使反應(yīng)I逆向移動的影響程度1.4

【解析】(1)AH2二反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和二

[(413x8+347x2+614+418x2+607x2)—2x(413x4+347+745+945)]kJmo『二-716kJmo『，AH2=正反應(yīng)

的活化能-逆反應(yīng)的活化能，則反應(yīng)1【的逆反應(yīng)的活化能=￡1<<1?巾0「-加12=(￡+716)口下1017。(2)A項,混合

氣體中Nz體積分數(shù)不再變化，則其濃度不再變化，說明反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)，A.正確；B項，反應(yīng)I和反

應(yīng)II的產(chǎn)物中N2的體積分數(shù)均為50%,可逆反應(yīng)中必存在反應(yīng)物，則N2體積分數(shù)一定小于50%,B正確:

C項，保持CH3cH=CHCHKg)的物質(zhì)的量不變，增大N2O(g)的物質(zhì)的量，起始投料比增大，反應(yīng)I和反應(yīng)

H平衡均正向移動，但NzO(g)的轉(zhuǎn)化率減小，則在M、N、Q三點中，N2O(g)的轉(zhuǎn)化率大小排序為M>N>Q,

C錯誤；D項，從N到Q,繼續(xù)增大起始投料比，平衡時氣體忘體積增加的幅度大于N2增加的幅度，使得

Nz百分含量下降，D錯誤；故選AB。(3)①其他條件不變，溫度升高，反應(yīng)II逆向移動使反應(yīng)物濃度增大，

反應(yīng)物濃度增大促進反應(yīng)I正向移動的影響程度大于溫度升高使反應(yīng)I逆向移動的影響程度，因而平衡時

CH3cH2coeH3(g)的選擇性升高。②列出三段式:

CH.CH=CHCH；(g)-N:0(g)CH;CHCOCH.(g)-N;(g)

蚯/mol2x50%x60%0.60.60.6

CH;CH=CHCH.(g)-2N0(g)2CHCHOfe)-2N:(g)

變化/mol0.40.S0.80.8

則平衡時，CH3cH=CHCH3、N：O>CH3cH2coeH3、CH3cHO、N2的物質(zhì)的量分別為Imol、0.6mok

“p(CHCH,COCHJ?p(N,)

0.6moL0.8mol、1.4moL總物質(zhì)的量為4.4mol,X點反應(yīng)I的平衡常數(shù)二1口二口

p(CH,CH=CHCH3)p(N?O)

1.40.6

77PlX77P1

4.44.4=14；③反應(yīng)I為氣體體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)II為氣體體積增大的反應(yīng)。同一溫度下，增大

10.6

x

—4.4KP——4.4P1i

壓強反應(yīng)II逆向移動使反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)物濃度增大促進反應(yīng)I正向移動，因而平衡時CH3cH2coeFh(g)

的選擇性升高。若P2>Pi,則P2時CH3cH2coeH3的選擇性隨溫度升高的變化曲線應(yīng)在Pi時曲線的上方，

畫出其曲線為

2.(2024?山東煙臺高三期中聯(lián)考)將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值碳基燃料，可有效減少碳撲放。將CO2和H2

在催化劑作用下，可實現(xiàn)二氧化碳甲烷化?？赡馨l(fā)生反應(yīng):

i.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)、H\

ii.CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H20(g)A//2=+41.2kJ-mcl1

1

iii.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)A//3=-206.1kJmol

⑴利用不同催化劑，在一定溫度和反應(yīng)時間條件下，測得產(chǎn)物的生成速率與催化劑的關(guān)系如圖可知有

(3)0.11增加正向

【解析】(1)根據(jù)圖示，在一定溫度和反應(yīng)時間條件下，使用催化劑Pt@h-BN3甲烷的生成速率最大且

CO的速率最小，所以有利于制甲烷的催化劑是P(@h-BN3o(2)ii.CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)A“2

,1

=+41.2kJmor；iii.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)AW3=-206.1kJmor；根據(jù)蓋斯定律ii+iii

得CO?(g)+4H2(g)--CH4(g)+2H?O(g)A/7i=-i-41.2kJ-mol--206.1kJnior1=-164.9kJmol-1，正反應(yīng)

放熱，升高溫度，反應(yīng)i的化學平衡常數(shù)減?。黄渌鼦l件不變，增大壓強i正向移動，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增

大，所以Pl、%、由大到小的順序是P3>〃2>P.。CO2平衡外化率為反應(yīng)i和反應(yīng)ii的CO2平衡轉(zhuǎn)化率

之和。i為放熱反應(yīng)；ii為吸熱反應(yīng)。600c之后，CO2轉(zhuǎn)化率主要取決于反應(yīng)ii,所以溫度高于600C之

后，隨著溫度升高轉(zhuǎn)化率增大；(3)①在某溫度下，向恒容容器中充入7moice)2和12moiHz,初始壓強為

19kPa,反應(yīng)經(jīng)lOmin達到平衡，此時氣體的總物質(zhì)的量為17moI,反應(yīng)i氣體物質(zhì)的量減小，壓強減小是

因為發(fā)生反應(yīng)i：

82(g)+4H2(g)干士CH4(g)2Hq(g)

初始(kpa)71200

c7-x+12-4x+x+2x=17,x=1,所以甲烷的

轉(zhuǎn)化(kpa)X4xX2x

平衡(kpa.

7712-4xX2.v

1LOq

?H小臉川kPa/m2恒溫、恒容，壓強比等于物質(zhì)的量比，則平衡時氣體物質(zhì)的量為17mg

p(C0)=3kPa,n(CO)=3moi,gCHglmol,ImoICCh參加反應(yīng)i、3moicO2參加反應(yīng)ii,反應(yīng)i消耗氫氣

4moi、反應(yīng)ii消耗氫氣3moL平衡時容器中n(CO)=3mol、n(Hz)=5mol、n(CC>2)=3mol、n(H2O)=5mol,則該

溫度下反應(yīng)ii的化學平衡常數(shù)K=尊3x5=1；②若保持溫度不變，壓縮容器的體積，反應(yīng)i為正向移動，CH4

3x5

的物質(zhì)的量增加。

3.(2024?北京朝陽區(qū)高三期中聯(lián)考)合成氨的發(fā)展體現(xiàn)了化學科學與技術(shù)的不斷進步。

(1)1898年，化學家用氮氣、碳化鈣(CaC2)與水蒸氣反應(yīng)制備氨：

i.碳化鈣和氮氣在10(X)C的高溫下產(chǎn)生鼠氨化鈣(CaCNz)；

ii.輒氨化鈣與水蒸氣反應(yīng)生成氨氣。

寫出反應(yīng)ii的化學方程式：。

(2)20世紀初，以N2和H2為原料的工業(yè)合成氨方法研制成功。其反應(yīng)為：

儂化招

N(g)+3H(g)U2NH(g)AW=-92.4kJ?moE1

22高溫、高壓3o

①N2的化學性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫、高壓下，N2和H2的化合反應(yīng)仍然進行得十分緩慢。從分了?結(jié)構(gòu)角

度解釋原因：O

②壓強對合成氨有較大影響。下圖為不同壓強下，以物質(zhì)的最分數(shù)X(H2)=0.75、X(N2)=0.25進料(組成

1),反應(yīng)達平衡時，X(NH3)與溫度的計算結(jié)果。

0.40

(

X，

Z30

)0S.

安20

東

彤0.

s10

tis

5n

227327427527627727

溫度『C

i.判斷壓強：p.P2(填'>"或“<”)，簡述理由：o

ii.在pi、x(NH3)=0.20時，氮氣的轉(zhuǎn)化率為o

iii.合成氨原料氣中存在不參與反應(yīng)的Ar時會影響NH3的平衡含量。在pi時，以物質(zhì)的量分數(shù)

X(H2)=0.675>X(N2)=0.225、x(Ar)=0.1()進料(組成2),反應(yīng)達平衡時x(NH3)與溫度的計算結(jié)果與組成1相比

有一定變化，在上圖中用虛線畫出相應(yīng)曲線0

⑶我國科學家研制出Fe-TiOjH,.雙催化劑，通過光輻射產(chǎn)生溫差(如體系溫度為495c時，納米Fe

的溫度為547℃,而TiOz-H,的溫度為415C,解決了溫度對合成氨工業(yè)反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率影響矛盾的

問題，其催化合成氨機理如圖所示。

納米Fe催化劑

TiO,,HJ崔化劑

z-xy

分析解釋：與傳統(tǒng)的催化合成氨(鐵觸媒、400~500℃)相比，F(xiàn)e-TiOjH、.雙催化劑雙溫催化合成氨具

備優(yōu)勢的原因是

【答案】(1)CaCN2+3H2O(g)ACaCO3+2NH3

(2)N2中含氮氮三鍵(N三N),鍵能大，難斷裂<合成氨反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，相同溫

0.40

度下，增大壓強,平衡正向移動，氨的物質(zhì)的量分數(shù)增大

227327427527627727

溫度rC

(3)N三N在“熱Fe”表面易于斷裂，有利于提高合成氨反應(yīng)的速率；“冷Ti”低于體系溫度，氨氣在“冷Ti”

表面生成，有利于提高氨的平衡產(chǎn)率

【解析】(1)氟氨化鈣與水蒸氣反應(yīng)生成氨氣和碳酸鈣，故反應(yīng)的化學方程式寫為：CaCN2+3H2O(g)A

CaCCh+2NH3；(2)①N2中含氮氮三鍵(N三N),鍵能大，難斷裂，因此即使在高溫、高壓下，N?和H2的化合

反應(yīng)仍然進行得十分緩慢：②i.合成氨反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強，平衡正向

移動，翅的物質(zhì)的量分數(shù)增大，所以P?P2；ii.圖中，進料組成為X(H2)=0.75、X(N2)=0.25兩者物質(zhì)的量之

比為3：I。假設(shè)進料中氫氣和氮氣的物質(zhì)的量分別為3moi和ImoL達到平衡時氮氣的變化量為xmol,則

有：

N,(g)+3H*)=2NH3(g)

起始量(mol)130

變化量(mol)x3x2x

平衡量(mol)1-x3-3x2x

2r1

在pi、x(NH3)=0.20時，，X(NH3)=--------——-=0.20,解得x=q；iii.在相同溫度和相同壓強下，

\-x+3-3x+2x3

組成2平衡時氨的摩爾分數(shù)較小。在恒壓下充入惰性氣體Ar,反應(yīng)混合物中各組分的濃度減小，各組分的

分壓也減小，化學平衡要朝氣體分子數(shù)增大的方向移動，因此，充入惰性氣體Ar不利于合成氨，進料組成

中含有惰性氣體Ar的圖用虛線畫出相應(yīng)曲線如下:(3)N三N在“熱Fe”

溫度bC

表面易于斷裂，有利于提高合成氨反應(yīng)的速率；“冷Ti”低于體系溫度，氨氣在“冷Ti”表面生成，有利于提

高氨的平衡產(chǎn)率，故與傳統(tǒng)的催億合成氨(鐵觸媒、400?500C)相比，F(xiàn)c-TiO-H、.雙催化劑雙溫催化合成

氨具備優(yōu)勢。

4.(2023?遼寧省錦州市高三質(zhì)量檢測)尿素［CO(NH2)2］在醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及環(huán)保領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)

用。工業(yè)合成尿素的熱化學方程式為：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(g)+H2O(l)A”=-87.0kJ?moH。合成

尿素的反應(yīng)分步進行，如圖是反應(yīng)的機理及能量變化(單位：kJ?moH),TS表示過渡態(tài)。

TS3

回答下列問題：

(1)若AEL66.5kJ?mol",則。

(2)若向某恒溫、恒容的密閉容器中分別加入等物質(zhì)的量的NH3和CO2,發(fā)生合成尿素的反應(yīng)。下列敘述

能說明反應(yīng)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是(填標號)。

a.斷裂6molN-H鍵的同時斷裂2molO-H鍵b.混合氣體的壓強不再變化

c.混合氣體的密度不再變化d.CO2的體積分數(shù)不再變化

(3)最后一步反應(yīng)的化學方程式可表示為：HNCO(g)+NHXg)CO(NH2)2(g)o

I.在Ti℃和T2c時，向恒容密閉容器中投入等物質(zhì)的量的HNCO和N%,平衡時lgp(NH3)與lgpfCO(NH2)2］

的關(guān)系如圖I所示，p為物質(zhì)的分壓(單位為kPa)。

①TiT2(填'或

②T2時，該反應(yīng)的標準平衡常數(shù)

P°

［已知：分壓=總壓X該組分物質(zhì)的量分數(shù)，對于反應(yīng)：dD(g)+eE(g)gG(g),K°=

P(D)加p(E)

中KFOOkPa,p(G)、p(D)、p(E)為各組分的平衡分壓。］

③保持溫度不變，點A時繼續(xù)投入等物質(zhì)的量的兩種反應(yīng)物，再次達到平衡時，CO(NH2)2的體積分數(shù)

將(填“增大”“減小”或"不變”)。

II.其他條件相同，在不同催化劑下發(fā)生該反應(yīng)，反應(yīng)正向進行至相同時間，容器中CO(NH2)2的物質(zhì)

的量隨溫度變化的曲線如圖所示。

H[CO(NH2)2]

500TFC

④在500C時，催化效率最好的是催化劑(填標號)。

⑤5()0℃以上，n［CO(NH2)2］下降的原因可能是_____(不考慮物質(zhì)的穩(wěn)定性)。

【答案】(1)241(2)bc

(3)<1000增大c隨著溫度的升高，催化劑活性降低，反應(yīng)速率減慢，相同時間內(nèi)

生成的CO(NH2)2的物質(zhì)的最減少

【解析】(1)反應(yīng)焰變是-27kJ/mol,即圖中最終階段相對初始階段的能顯是應(yīng)7kJ/mol.那么由TS?到最終

階段，有△E2=AE1+87.5kJ/mol?G87kJ/mol)=241kJ/mol；⑵a項,根據(jù)方程式可知:每2分子NFh反應(yīng)產(chǎn)生

1分子CO(NH3)2,會斷裂2個N-H鍵，即1個N%分子斷裂1個N-H鍵。現(xiàn)在斷裂6molN-H鍵，就是6

molNH3反應(yīng)，要生成3moi比0,形成6moi0-H鍵，同時斷裂2moiO-H鍵，就是1mol水發(fā)生反應(yīng)，生成

水的物質(zhì)的量大于消耗的水的物質(zhì)的量，正、逆反應(yīng)速率不相等，沒有達到平衡，a不符合題意；b項，該

反應(yīng)在恒溫恒容條件下進行，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生改變，當氣體壓強不再變化時，氣體的物質(zhì)的

量不變，則反應(yīng)達到了平衡狀態(tài)，b符合題意；c項，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量發(fā)生變化，而反應(yīng)恒溫恒容條件

下進行，氣體的體積不變，氣體的密度會發(fā)生變化，若在混合氣體的密度不再變化，則反應(yīng)達到了平衡狀

態(tài)，c符合題意；d項，由三段式計算可知二氧化碳體積分數(shù)為定值，所以二氧化碳體積分數(shù)不再變化不能

說明是否已達平衡，d不符合題意；故選be：(3)①由反應(yīng)機理圖可知，最后一步的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高

溫度平衡逆向移動，若p(NH3)保持不變,溫度升高，p［CO(NH2)2］會減小，由圖可知,當lgp(NH3)=l時,T2

直線所對應(yīng)的】gp［CO(NH2)2］比Ti直線所對應(yīng)的lgp［CO(NH2)2］小，則有T1VT2；②向恒容密閉容器中投入

等物質(zhì)的量的HNCO和NE,平衡時HNCO和NH3分壓相等，根據(jù)平衡常數(shù)表達式，并代入A點數(shù)據(jù),

pKXXN-1000

1QQ

可知T2℃時此反應(yīng)的標準平衡常數(shù)K0=,s~、Pq7口、==10°°：③若點A時繼續(xù)投入

p(HNCO)p(NHJi10n~,10n

pqpqiooioo

等物質(zhì)的量的兩種反應(yīng)物，體積不變，則相當于增大壓強，加壓時化學平衡向氣體體積減小的方向移動，

故化學平衡正向移動，CO(NH2)2的體積分數(shù)變大；④由圖n可知在溫度為「時，催化劑③的作用下，

CO(NH2)2的物質(zhì)的量較多，其物質(zhì)的量分數(shù)較大，故該溫度下催化效率最好的是催化劑C：⑤催化劑存在

活化溫度，在活化溫度時催化效果較高，由圖II的CO(NH2)2的體積分數(shù)隨著溫度的變化趨勢可知：T2°C

以上，NCO(NH2)2］下降，原因可能是：隨溫度的升高，可能導致催化劑活性降低，使反應(yīng)速率降低，相同

時間生成的CO(NH2)2的物質(zhì)的量減少。

題型2設(shè)置情景制備新型工業(yè)材料

1.(2024?河北石家莊?高二石家莊精英中學期中)氨的用途十分泛，如氨是制造硝酸和氮肥的重要原料。

工業(yè)合成氨是人類科學技術(shù)的一項重大突破?；卮鹣铝袉栴}：

(1)合成氨反應(yīng)的歷程和能量的變化如圖所示，符號可視為催化劑。

(2)在不同條件下進行合成氨反應(yīng)，下列反應(yīng)速率由大到小的順序是(填選項序號)。

①v(N2)=0.5mol/(L?min)@v(H2)=0.02mol/(L-s)

@v(NH3)=0.4mol/(Lmin)?v(NH3)=0.02mol/(L-s)

(3)對于合成氨反應(yīng)而言，只控制一個變量，下列圖像合理的是(填選項字母)。

(4)一?定溫度下，向2L恒容密閉容器中充入0.4molN2、1.2molH2發(fā)生反應(yīng)，NFh的濃度隨時間變化情況

溫度不變，向另一2L恒容密閉容器中充入H2、N2和NH3各4moi時，該反應(yīng)的v」匕(填，＞，，，，＜，，或，=，)v

遺。

【答案】(1)352(2)④①②③(3)BD

4

(4)0.021niol-L'-min1—

75

【解析】(1)活化能最大的那步反應(yīng)對總反應(yīng)速率影響最大，則基元反應(yīng)的活化能為500kJmoH-48

kJmol1=352kJmoi1；⑵N2+3NH32NK,根據(jù)速率之比等于計量數(shù)之比，都轉(zhuǎn)化為用比表示的速率,

然后進行比較:①v(N2)=0.5mol/(L?min>所以v(H2)=1.5molL【m比1②v(H2)=0.02mol/(L?s)=1.2molL1min1；

@v(NH3)=0.4mol/(Lmin),所以v(H2)=0.6molL'min,；?v(NH3)=0.02mol/(L-s)=1.2mol-L'-min1,所以

V(H2)=1.8molL'.min'；所以該反應(yīng)的速率由大到小的順序是④①②③；(3)合成氨反應(yīng)的化學方程式為:

N2+3H22NH3,該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；A項，增大壓強，平衡正向移動，氨的平衡百分含量增大，故A

錯誤；B項，起始時N2的物質(zhì)的量增大，氨的平衡百分含量先增大后減小，故B正確；C項，由反應(yīng)方程

式可知，達到化學平衡時Nz、Hz、N%的濃度并不一定相等，圖像不一定正確，故C錯誤：D項，反應(yīng)達

到平衡后，升高溫度，平衡逆向移動，故與圖像相符合，故D正確，故選BD：(4)O~IOmin內(nèi)，NHa的濃度

變化量為0.14mol/L,根據(jù)方程式N2+3H22N%,法的濃度變化量為0.2lmol/L,用H2表示的平均反

應(yīng)速率為端羋由表格數(shù)據(jù)可知，平衡時NH3的濃度為。.2mM即物質(zhì)的量為

0.4mol,列三段式如下:

N2+3HX、一—2NH

起始量(mol)0.41.20

變化量(mol)0.20.60.4

平衡量(mol)0.20.60.4

平衡時N?的分壓為p(N?)=lOMPax^M^MPa；同理可計算p(H?尸當MPa；p(NH?)=-^MPa；Kp=

1.2666

/20\0

（—MPa）-400

PIN%)~M一=《MPa-2；利用上述三段式數(shù)據(jù)，可計算出濃度平衡常數(shù)Kc二若，另

337527

p(N2>p(H2)（￡5?MPa）xMPa

66

TL恒容密閉容器中充入的N?和NH3各4m3時，QC[<KC,反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，即v正.

2.（2024?浙江金華一中高三期中）乙烯、丙烯是化學_E業(yè)的最基本原料，工業(yè)上可采用多種方法生產(chǎn),

請回答下列問題:

方法一：利用丙烷脫氫制烯燒，反應(yīng)如下。

Ic3H8(g)c3H6(g)+H2(g)AHI

IIc3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)AH2

IIlC2H4(g)+H2(g)C2He(g)A%

JVC3H8(g)+H2(g)=CH4(g)+C2H6(g)AH4

上述各反應(yīng)常壓下平衡常數(shù)自然對數(shù)值In勺隨溫度（T）的變化如圖1所示。

圖1

（DAH10（填“V”或“>”）；圖I中表示反應(yīng)H的曲線為（填“a”或"b”）。

（2）「溫度下，向體積不等的恒容容器中加入等量C3",若只發(fā)生反應(yīng)I,反應(yīng)相同時間后，測得各容

器中C3Hx的轉(zhuǎn)化率與容器體積關(guān)系如圖2。

①下列說法正確的是

A.各容器內(nèi)反應(yīng)的平衡常數(shù)相同

B.體系處于W點時，加催化劑，可提高C3H8轉(zhuǎn)化率

C.體系處于W、M兩點時，若升高溫度，凈反應(yīng)速率均增加

D.反應(yīng)過程中若容器內(nèi)氣體密度不再變化，則反應(yīng)已達平衡

②保持其他條件不變，增大QHs初始投料，請在圖2中畫出CsHs的轉(zhuǎn)化率與容器體積關(guān)系圖。

方法二：利用甲醇分解制取烯烽，涉及反應(yīng)如下。

a.2CH3OH(g)=C2H4(g)+2H2O(g)△H=-22.66kJmo「

1

b.3cH30H(g)=C3H6(g)+3H2O(g)AH=-92.24kJ-moP

C.3c2H4(g)y-2c3H6(g)

(3)①恒壓條件下，平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)隨溫度變化如圖3所示。己知923K時，

X(C2H4)=2X(C3H6),假設(shè)沒有副反應(yīng)，平衡體系總壓強為P,求923K反應(yīng)c的平衡常數(shù)KP。(對

于氣相反應(yīng)，用某組分B的平衡壓強p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)，記作Kp,如

p(B)=px(B),p為平衡總壓強，x(B)為平衡系統(tǒng)中B的物質(zhì)的量分數(shù))

②工業(yè)上使甲醇反應(yīng)氣流經(jīng)ZSM-5分子篩催化分解，該催化劑同時也可催化丁烯裂解2c4H8(g)

C2H”g)+2C3H“g)AH=+117.93kJmor-'o請說明，甲醇分解工藝中常常添加適量丁烯共同反應(yīng)，其原因

可能為.

【答案】(1)>b

(2)AC

1.25

(3)丁烯分解為吸熱反應(yīng)，可以為反應(yīng)體系降溫，防止催化劑因反應(yīng)溫度過高而失活。甲醇

分解轉(zhuǎn)化率很高，基本不受丁烯分解吸熱影響

【解析】(1)由圖1可知a、b兩條曲線均隨著溫度的升高，InKp的數(shù)值增大，說明升高溫度對于I、II

兩個反應(yīng)的影響都是平衡向正反應(yīng)吸熱方向移動，所以AHi>0；根據(jù)II、HI、IV的反應(yīng)方程式，列出各反

應(yīng)的分壓平衡常數(shù)依次為

(CH)-p(CH)P(CHJp(CH)-p(CH)

J⑺-Pp2(C4凡)4、Kp(W-p(GHj2p(Hj、J"p(GM4).p(2H26),可看出

Kp("

K(〃)由圖I可知當T=600K時，InKp(IV)和InKp(in)幾乎相等，即600K時，K(IV)=Kp(III),

0(/〃)P

所以此時Kp(H)=l,lnKP(II)=0,對應(yīng)曲線b,所以表示反應(yīng)II的曲線為b；(2)①A項，因為平衡常數(shù)只隨溫

度的改變而改變，各容器所處溫度相同，所以各容器內(nèi)反應(yīng)的平衡常數(shù)相同，A正確；B項，催化劑只能改

變反應(yīng)速率，對平衡移動沒有影響，因此體系處于W點時，加催化劑，不會改變C3H8的轉(zhuǎn)化率，B錯誤;

C項，凈反應(yīng)速率為正反應(yīng)速率-逆反應(yīng)速率，反應(yīng)I為吸熱反應(yīng)，升高溫度，化學平衡正向移動，正反應(yīng)

速率增大幅度大于逆反應(yīng)速率增大幅度，因此體系處于W、M兩點時，若升高溫度，凈反應(yīng)速率均增加,

C正確；D項，各反應(yīng)容器恒容，容器內(nèi)氣體質(zhì)量一定，密度也為一定值，所以密度不再變化，不能說明反

應(yīng)已達平衡，D錯誤；故選AC；②原圖中前半段，容器體積小，反應(yīng)物濃度大，反應(yīng)速率較大，反應(yīng)一段

時間后已達到平衡狀態(tài)，此時隨著容器體積增大，化學平衡正向移動，因此丙烷的轉(zhuǎn)化率增大，但是隨著

容器體積繼續(xù)增大，反應(yīng)速率減小，后半段反應(yīng)尚未達到平衡，且體積越大，濃度越小反應(yīng)速率越慢，因

此丙烷的轉(zhuǎn)化率也就越低。在此基礎(chǔ)上增大丙烷初始投料，丙烷濃度增大，則相同時間內(nèi)前半段仍會達到

平衡，但是丙烷濃度增大，轉(zhuǎn)化率降低，因此體積相同的情況卜轉(zhuǎn)化率較加料前更低，但是初始丙烷投料

量增大，丙烷的濃度也增大，反應(yīng)速率也更大，對體積較大的情況而言，反應(yīng)速率增大丙烷的轉(zhuǎn)化率增大，

但是隨著體積繼續(xù)增大，反應(yīng)速率還是會減小，丙烷的轉(zhuǎn)化率從而下降，故總體表現(xiàn)就是曲線右移。如圖

C凡［

r/x\

所示：…力w/…弋、：(3)①根據(jù)題干中Kp定義式和923K時關(guān)系式X(GH4)=2X(C、HJ,可得

容器體用血

|Px(C.HjTXJC.HJV(C,H6)1

反應(yīng)c的Kp彳P.XCH/=二設(shè)在923K時，‘反應(yīng)a中生成

xmol乙烯和2xmol水，反應(yīng)b中生成ymol丙烯和3ymol水，c反應(yīng)中，有

3cH；——-2C.H

n?xy

Aw3n2n

n.x-3ny-2n

y+2ny+2n

則根據(jù)x(C2HJ=2x(GH6),有x?3n=2(y+2n),即x=2y+7n；X(C3H6)=

x-3n+y+2n+2x+3y3x-n+4y

代人后有x(GH>=正溪麗=高急=/代入『標品燈可得：5黑；②丁烯分解

為吸熱反應(yīng)，可以為反應(yīng)體系降溫，防止催化劑因反應(yīng)溫度過高而失活。甲醇分解轉(zhuǎn)化率很高，基本不受

丁烯分解吸熱影響，所以甲醇分解工藝中常常添加適曷丁烯共同反應(yīng)。

3.(2023?遼寧省沈陽市二模)甲醇水蒸氣催化重整是當前制取清潔能源氫氣的主要方法，其反應(yīng)機理如下:

反應(yīng)I：CH30H(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)AH,

反應(yīng)II：O2(g)+H2(g)?一C0(g)+H2O(g)AH2

請回答下列問題：

(I)在催化劑作用下，反應(yīng)I可通過如圖I所示的反應(yīng)歷程實現(xiàn)催化重整，則AH尸kJ-molL

(

O

E

、

豆

)

細

混

01

(2)將一定量的甲醇氣體和水蒸氣混合反應(yīng)，使用催化劑R,測得相同條件下，甲醉的轉(zhuǎn)化率［(CH3OH)%］

與CO的物質(zhì)的量分數(shù)［(CO)%］變化如圖2所示。反應(yīng)II為反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱)選擇催化

劑R的作用為。

為的下

強I，

壓應(yīng)下

始反如

起則圖

、,線

℃

0曲

0為

3系

關(guān)

為率

%、(0。)度

度

654321O3化溫)

3溫應(yīng)分

5應(yīng)

轉(zhuǎn)反給

反與不

制的量果

R控結(jié)

，含

劑醇的寫

中接

衡化3器甲分

2,組直

平催5容l

o各，

閉m

-1應(yīng)程

密.

一T0反過

容=。算

))整

恒O計

LC可重性

32(氣擇出

n即性現(xiàn)

5入式蒸選

充尸水擇的體

H算選3I

合O醇大.1I能

計的(

混3更C應(yīng)

H出甲02于52

氣C內(nèi)響7O反.

(列2C小0

蒸n(間影低x

2)于成不5

水中1時率)降0

3l高生O.

0o器L同速C，0

Q505O505m。度高(

988773容相_應(yīng)n率

1109.-_溫提

1時得_反：速

l_性慮)