單元活動2以“實際工業(yè)生產(chǎn)和污染處理”為載體考查圖像問題任務內(nèi)容任務一化學反應速率和化學平衡的常規(guī)圖像解讀任務二實際工業(yè)生產(chǎn)中圖像問題解讀社會進步與化學工業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)，在實際工業(yè)生產(chǎn)中，可通過控制反應條件，增大化學反應速率，提高反應物的轉(zhuǎn)化率，從而促進有利的化學反應進行。也可以通過控制反應條件，減小化學反應速率，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生或控制副反應的發(fā)生，從而抑制有害的化學反應繼續(xù)進行。(一)復習回顧改變條件(如濃度、溫度、壓強)時，速率隨著時間的變化圖像，即畫v-t圖。(二)上網(wǎng)查閱化學反應速率和化學平衡的綜合調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學研究領域中的重要作用，了解實際工業(yè)生產(chǎn)中控制反應條件的基本措施。(三)從化學反應速率、化學平衡移動、原料的利用率、實際生產(chǎn)能力、催化劑的使用活性等角度交流討論實際化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則。化學反應速率和化學平衡的常規(guī)圖像解讀活動1濃度(轉(zhuǎn)化率、百分含量)-時間圖像的解讀若某可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)在密閉容器中進行，下圖表示在不同反應時間(t)時，溫度(T)和壓強(p)與反應物B在混合氣體中的體積分數(shù)[φ(B)]的關(guān)系曲線，由曲線分析以下量的大小關(guān)系，T1________T2，p1________p2，m＋n________p，ΔH________0。提示：＞＜＜>。由圖可知，壓強一定時，溫度T1先達到平衡，故溫度：T1＞T2；升高溫度，B在混合氣體中的體積分數(shù)減小，說明平衡正向移動，正反應為吸熱反應；溫度一定時，壓強p2先達到平衡，故壓強：p1＜p2；增大壓強，B在混合氣體中的體積分數(shù)增大，說明平衡逆向移動，正反應為氣體體積增大的反應，則m＋n＜p?；顒?恒壓(或恒溫)線圖像解讀若α表示反應物的轉(zhuǎn)化率，n表示反應物的平衡物質(zhì)的量，分析以下圖像：圖①，若p1>p2>p3，則正反應為氣體體積減小的反應，ΔH＜0；圖②，若T1>T2，則正反應為氣體體積增大的反應，ΔH<0。活動3特殊圖像的解讀(1)對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點前，表示從反應物開始，v正＞v逆；M點為剛達到平衡點(如下圖)；M點后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A的百分含量增加或C的百分含量減少，平衡左移，故正反應的ΔH＜0。(2)對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L線上所有的點都是平衡點(如圖)。L線的左上方(E點)，A的百分含量大于此壓強時平衡體系中A的百分含量，所以，E點v正＞v逆；則L線的右下方(F點)，v正＜v逆。[知識鏈接](1)解答化學平衡圖像題的技巧①“先拐先平、數(shù)值大”：在含量(或轉(zhuǎn)化率)-時間圖像中，先出現(xiàn)拐點，先達到化學平衡，說明該曲線的反應速率較大，則溫度較高、壓強較大、有催化劑等。②“定一議二”：當圖像中有三個變量時，要先確定一個量不變，再討論另外兩個量的關(guān)系，有時還需要作輔助線，適用于α(或c，含量)-T-p圖像的分析。③“三步分析法”：判斷反應速率是增大還是減??；確定v(正)、v(逆)的相對大?。慌袛嗷瘜W平衡的移動方向。(2)解答化學平衡圖像題“五注意”①注意曲線上的特殊點：與坐標軸的交點、多條曲線的交點、拐點、極值點等。②注意曲線的坡度：曲線的“平”與“陡”大多代表反應速率，要弄清其含義及變化趨勢。③注意曲線的增減性：分清曲線函數(shù)的遞增性和遞減性。④注意曲線的連續(xù)性：對于“v-t圖”，注意分清曲線的連續(xù)性、跳躍性，是“漸變”還是“突變”，是“變大”還是“變小”，變化后是否相等，確定對應改變的條件是什么及如何改變。⑤注意曲線的“上下關(guān)系”：具體判斷平衡移動方向時，要分析曲線的“上下關(guān)系”，確定縱坐標所代表物質(zhì)含量(或轉(zhuǎn)化率)的變化，并結(jié)合化學反應的特點，判斷溫度、壓強對平衡移動產(chǎn)生的影響。實際工業(yè)生產(chǎn)中圖像問題解讀活動1投料比、轉(zhuǎn)化率相關(guān)圖像在保持體系總壓為105Pa的條件下進行反應：SO2＋eq\f(1,2)O2SO3，原料氣中SO2和O2的物質(zhì)的量之比m[m＝eq\f(nSO2,nO2)]不同時，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度(T)的關(guān)系如圖所示，圖中m1、m2、m3的大小順序為__________。反應的化學平衡常數(shù)Kp的表達式為______________________________________________(用平衡分壓代替平衡濃度表示)。提示：m1>m2>m3Kp＝eq\f(pSO3,pSO2·p\f(1,2)O2)。在同溫、同壓下，增加二氧化硫的量，會使原料氣中SO2和O2的物質(zhì)的量之比m變大，m越大，平衡轉(zhuǎn)化率α(SO2)越小?；顒?最佳反應條件的選擇汽車尾氣是霧霾形成的原因之一。研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧霾的形成，可采用氧化還原法脫硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(400～500℃))4N2(g)＋6H2O(g)ΔH<0根據(jù)下圖判斷提高脫硝效率的最佳條件是________________________；氨氮比一定時，在400℃提示：最佳條件：400℃eq\f(nNH3,nNO)＝1，使用催化劑；在400℃時催化劑的活性最好，催化效率最高，同時400℃溫度較高，反應速率大活動3曲線發(fā)生變化的原因下圖是在一定時間內(nèi)，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑為________、相應溫度為________；使用Mn作催化劑時，脫氮率b～a段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是__________________。提示：Mn200℃左右b～a段，開始溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反[知識鏈接]平衡類問題需考慮的幾個方面(1)原料的來源、除雜，尤其考慮雜質(zhì)對平衡的影響。(2)原料的循環(huán)利用。(3)產(chǎn)物的污染處理。(4)產(chǎn)物的酸堿性對反應的影響。(5)氣體產(chǎn)物的壓強對平衡造成的影響。(6)改變外界條件對多平衡體系的影響。1．以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4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。下列說法錯誤的是()A．250℃B．250～300℃C．300～400℃D．300～400℃C解析：由圖可知，250℃時，催化劑的活性最大，A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250℃2．一種燃煤脫硫技術(shù)的原理是CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)CaS(s)＋3CO2(g)ΔH＝－394.0kJ·mol－1。保持其他條件不變，不同溫度下起始時CO的物質(zhì)的量與平衡時體系中CO2的體積分數(shù)的關(guān)系如圖所示(T表示溫度)。下列有關(guān)說法正確的是()A．T1>T2B．b點SO2的轉(zhuǎn)化率最高C．b點后曲線下降是因為CO體積分數(shù)增大D．減小壓強可提高CO、SO2的轉(zhuǎn)化率C解析：該反應的ΔH<0，起始n(CO)相同時，溫度越高，反應正向進行的程度越小，達到平衡時CO2的體積分數(shù)越小，則溫度：T1<T2，A錯誤；n(CO)增大，平衡正向移動，SO2的轉(zhuǎn)化率增大，圖中c點對應的n(CO)比b點大，故c點SO2的轉(zhuǎn)化率比b點高，B錯誤；b點以后，n(CO)增大，導致CO的體積分數(shù)增大，CO2的體積分數(shù)減小，C正確；減小壓強，平衡逆向移動，則CO、SO2的轉(zhuǎn)化率降低，D錯誤。3．汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，某研究小組在實驗室以耐高溫試劑Ag-ZSW-5催化，測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如下圖所示。(1)在eq\f(nNO,nCO)＝1條件下，最佳溫度應控制在870K(860～880K范圍內(nèi)都可以)左右。(2)若不使用CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為該反應放熱，升高溫度，反應向逆反應方向進行。(3)用平衡移動原理解釋為什么加入CO后NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率增大：加入的CO會與NO的分解產(chǎn)物O2發(fā)生反應，促進NO分解平衡向生成N2的方向移動，導致NO的轉(zhuǎn)化率增大。4．工業(yè)上利用天然氣制備合成氨的原料氣H2，還可得到C2H4、C2H2等化工產(chǎn)品。一定條件下，有關(guān)反應如下：反應1：2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)ΔH1＝＋376.3kJ·mol－1反應2：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)ΔH2＝＋202kJ·mol－1回答下列問題：(1)相同條件下，制備H2的反應C2H4(g)C2H2(g)＋H2(g)ΔH3＝________kJ·mol－1。(2)實驗測得反應1的速率方程：v正＝k正c2(CH4)，v逆＝k逆c(C2H2)c3(H2)(k正、k逆分別為正、逆反應速率常數(shù))。T℃下反應達到平衡時k正＝1.5k逆，該溫度下平衡常數(shù)K＝________。(3)向恒溫、恒容密閉容器中充入適量CH4，同時發(fā)生上述反應1和反應2，在不同催化劑Cat1、Cat2作用下，測得單位時間內(nèi)H2的產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖所示。在其他條件相同時，催化效率較高的是________(填“Cat1”或“Cat2”)。在Cat2作用下，溫度高于500℃時，H2的產(chǎn)率降低的可能原因是____________________(4)一定溫度下，總壓強恒定為121kPa時，向密閉容器中充入CH4和N2的混合氣體(N2不參與反應)，同時發(fā)生反應1和反應2，測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與通入氣體中CH4的物質(zhì)的量分數(shù)的關(guān)系如下圖所示。①隨著通入氣體中CH4的物質(zhì)的量分數(shù)增大，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率降低的主要原因是___________________________________________________________________

___________________________________________。②已知M點對應的C2H2的選擇性為75%[C2H2的選擇性＝eq\f(nC2H2,nC2H2＋nC2H4)×100%]。該溫度下，反應2的平衡常數(shù)Kp＝________________kPa(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(提示：用平衡時氣體分壓計算的平衡常數(shù)為Kp，氣體分壓＝氣體總壓×氣體的物質(zhì)的量分數(shù))解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，將反應1－反應2得C2H4(g)C2H2(g)＋H2(g)ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝[(＋376.3)－(＋202)]kJ·mol－1＝＋174.3kJ·mol－1。(2)反應達到平衡時v正＝v逆，k正c2(CH4)＝k逆·c(C2H2)c3(H2)，反應1的平衡常數(shù)K＝eq\f(cC2H2·c3H2,c2CH4)＝eq\f(k正,k逆)＝1.5。(3)由圖可知，在相同溫度下單位時間內(nèi)，使用Cat1作催化劑時H2的產(chǎn)率更高，說明使用Cat1作催化劑反應速率更快；在Cat2作用下，溫度高于500℃時，H2的產(chǎn)率降低的可能原因是催化劑選擇性降低，生成副產(chǎn)物增多等。(4)①反應1和2的正反應都是氣體分子數(shù)增多的反應，隨著通入氣體中C2H4的物質(zhì)的量分數(shù)增大，總壓不變，平衡體系的分壓增大(相當于增大壓強、平衡逆向移動)，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率降低。②設通入的CH4和N2的混合氣體為10mol，M點通入氣體中CH4的物質(zhì)的量分數(shù)為0.6，混合氣體中CH4和N2的物質(zhì)的量依次為6mol、4mol，M點CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則反應中轉(zhuǎn)化的CH4的物質(zhì)的量為6mol×40%＝2.4mol，根據(jù)碳元素守恒，生成的C2H2和C2H4的總物質(zhì)的量為1.2mol，M點對應的C2H4的選擇性為75%，平衡體系中C2H2物質(zhì)的量為1.2mol×75%＝0.9mol，C2H4物質(zhì)的量為0.3mol，則：2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)n(始)/mol600n(變)/mol1.80.92.7n(平)/mol3.60.93.32CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)n(始)/mol600n(變)/mol0.60.30.6n(平)/mol3.60.33.3平衡體系中CH4、C2H2、C2H4、H2、N2物質(zhì)的量依次為3.6mol、0.9mol、0.3mol、3.3mol、4mol，混合氣體總物質(zhì)的量為3.6mol＋0.9mol＋0.3mol＋3.3