资源简介

(共22张PPT)
多平衡体系中的规范解答
专题五 主观题突破1
1.平衡移动类文字说理题答题模板
叙特点(反应特点或容器特点)→变条件→定方向→得结论(或结果)
(1)温度：该反应正向为×××(放热或吸热)反应，其他条件不变，升高(或降低)温度，平衡×××(正向或逆向)移动，因此×××(得结论)。
(2)压强：反应的正反应是气体分子数减小(或增大)的反应，当温度一定时，增大压强，平衡正向(或逆向)移动，因此×××(得结论)。
2.工业生产图像中转化率、产率变化文字说理题答题要领
01
类型分析
例1　甲烷还原可消除NO污染。将NO、O2、CH4混合物按一定体积比通入恒容容器中，发生如下主要反应：
①CH4(g)+2NO(g)+O2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1<0
②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2<0
③CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)　ΔH3<0
在催化剂A和B的分别作用下，NO的还原率
和CH4的转化率分别与温度的关系如图所示。
(一)最佳反应条件的判断
由图可知，消除NO的最佳条件是　　　和
催化剂　　。
500 ℃
A
由图可知，500 ℃时，在催化剂A的作用下NO还原率最高，是消除NO的最佳条件。
例2　利用NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可同时对NO、SO2进行氧化得到硝酸和硫酸而除去。在温度一定时，、溶液pH对脱硫脱硝的影响如图所示：
由图所示可知脱硫脱硝最佳条件是　　　　 　　　。
pH在5.5~6.0、=6
例3　CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)
+3H2O(g) 　ΔH=-122.54 kJ·mol-1。有时还会发生副反应：CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1，其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如
图2所示。(已知：CH3OCH3的选择性=×100%)
(二)解释曲线发生某种现象的原因
(1)图1中，温度高于290 ℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是______________
____________________________________________________________________________________
温度高于290 ℃，
随着温度升高，CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
平衡向右移动的程度大于2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g)平衡向左移动的程度，使CO2的平衡总转化率上升
______________________________________________________________。
(2)图2中，在240~300 ℃范围内，相同温度下，二甲醚的实际选择性高于其平衡值，从化学反应速率的角度解释原因：__________________
________________________________________
____________________________________________________________________________________。
CO2催化加氢直接合
成二甲醚的反应活化能较低，而合成二甲醚时
的副反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)活化能较高，所以二甲醚的实际选择性高于其平衡值
例4　甲基环己烷催化脱氢( )
是石油工业制氢常见方法，以Ni-Cu为催化剂，固定
反应温度为650 K，以氮气为载气，在不同载气流速
情况下，甲基环己烷脱氢转化率如图所示，b点转化
率能与a点保持相当的原因是_____________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 。
a点载气流速较小，甲基环己烷的浓度较大，其在催化剂表面吸附及发生脱氢反应的百分率较小，故其转化率较小；适当加快载气流速可以减小反应物的浓度，使反应物在催化剂表面吸附及发生脱氢反应的百分率变大，故甲基环己烷转化率随载气流速适当加快而提高；b点载气流速过快，会使甲基环己烷在催化剂表面的反应时间减少，导致甲基环己烷转化率降低，因此，b点转化率能与a点保持相当
02
真题演练
1.[2019·江苏，20(3)]CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：
反应 Ⅰ：CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1
反应 Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)===CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-122.5 kJ·mol-1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。
1
2
3
其中：CH3OCH3的选择性
=×100%
1
2
3
①温度高于300 ℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是___________________
__________________________________________________________________________
反应Ⅰ的ΔH>0，反应Ⅱ的ΔH<0，温度升高，反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡逆向移动，使CO2转化为
CO的平衡转化率上升，转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度
_________________________________________________________________________。
反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，当升高温度时，反应Ⅰ平衡正向移动，CO2转化为CO的平衡转化率上升，反应Ⅱ平衡逆向移动，CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度。
1
2
3
②220 ℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施
有　　　 　　　　。
增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
反应Ⅰ是气体分子数不变的反应，反应Ⅱ是气体分子数减小的反应，所以可以通过加压使反应Ⅱ平衡正向移动，或者加入有利于反应Ⅱ进行的催化剂。
2.[2021·江苏，18(1)(2)]甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
1
2
3
(1)500 ℃时，CH4与H2O重整主要发生下列反应：
CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)
已知CaO(s)+CO2(g)===CaCO3(s)　ΔH=-178.8 kJ·mol-1。向重整反应体系中加入适量多孔CaO，其优点是　　　　　　　　　　　　　　　　。
吸收CO2，提高H2的产率，提供热量
1
2
3
已知CaO(s)+CO2(g)===CaCO3(s)　ΔH=-178.8 kJ·mol-1，因此向重整反应体系中加入适量多孔CaO的优点是吸收CO2，使平衡正向移动，提高H2的产率，同时提供热量。
(2)CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+246.5 kJ·mol-1
反应Ⅱ：H2(g)+CO2(g)===CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ：2CO(g)===CO2(g)+C(s) 　ΔH=-172.5 kJ·mol-1
①在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g)，可减少C(s)的生成，反应3CH4(g)+CO2(g)+2H2O(g)===4CO(g)+8H2(g)的ΔH=　　　　　　　。
1
2
3
+657.1 kJ·mol-1
1
2
3
依据盖斯定律可知反应Ⅰ×3-反应Ⅱ×2即得到反应3CH4(g)+CO2(g)
+2H2O(g)===4CO(g)+8H2(g)　ΔH=+657.1 kJ·mol-1。
②1.01×105 Pa下，将n起始(CO2)∶n起始(CH4)=1∶1的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图所示。800 ℃下CO2平衡转化率远大于600 ℃下CO2平衡转化率，其原因是　　　 　　　　
1
2
3
_______________________________________________________________________。
反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔH>0，反应Ⅲ的ΔH<0，温度
升高，反应Ⅰ、Ⅱ平衡正向移动，反应Ⅲ平衡逆向移动，CO2平衡转化率增大
3.[2021·辽宁，17(2)(3)(4)]苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应：
1
2
3
Ⅰ.主反应： (g)+3H2(g) (g)　ΔH1<0
Ⅱ.副反应： (g) (g)　ΔH2>0
(2)有利于提高平衡体系中环己烷体积分数的措施有　　(填字母)。
A.适当升温 B.适当降温
C.适当加压 D.适当减压
BC
1
2
3
(3)反应Ⅰ在管式反应器中进行，实际投料往往在n(H2)∶n(C6H6)=3∶1的基础上适当增大H2用量，其目的是　　　 　。
(4)氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当H2中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致反应Ⅰ的产率降低，推测其可能原因为　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
提高苯的转化率
金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性多平衡体系中的规范解答
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.平衡移动类文字说理题答题模板
叙特点(反应特点或容器特点)→变条件→定方向→得结论(或结果)
(1)温度：该反应正向为×××(放热或吸热)反应，其他条件不变，升高(或降低)温度，平衡×××(正向或逆向)移动，因此×××(得结论)。
(2)压强：反应的正反应是气体分子数减小(或增大)的反应，当温度一定时，增大压强，平衡正向(或逆向)移动，因此×××(得结论)。
2.工业生产图像中转化率、产率变化文字说理题答题要领
(一)最佳反应条件的判断
例1　甲烷还原可消除NO污染。将NO、O2、CH4混合物按一定体积比通入恒容容器中，发生如下主要反应：
①CH4(g)+2NO(g)+O2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1<0
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2<0
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH3<0
在催化剂A和B的分别作用下，NO的还原率和CH4的转化率分别与温度的关系如图所示。
由图可知，消除NO的最佳条件是　　　　　和催化剂　　　　　　　　。
例2　利用NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可同时对NO、SO2进行氧化得到硝酸和硫酸而除去。在温度一定时，、溶液pH对脱硫脱硝的影响如图所示：
由图所示可知脱硫脱硝最佳条件是　　　 　　　　。
(二)解释曲线发生某种现象的原因
例3　CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)
ΔH=-122.54 kJ·mol-1。有时还会发生副反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1，其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知：CH3OCH3的选择性=×100%)
(1)图1中，温度高于290 ℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是　　　 　　。
(2)图2中，在240~300 ℃范围内，相同温度下，二甲醚的实际选择性高于其平衡值，从化学反应速率的角度解释原因：　　　 　　　　。
例4　甲基环己烷催化脱氢()是石油工业制氢常见方法，以Ni Cu为催化剂，固定反应温度为650 K，以氮气为载气，在不同载气流速情况下，甲基环己烷脱氢转化率如图所示，b点转化率能与a点保持相当的原因是　　　 　　　　。
1.[2019·江苏，20(3)]CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：
反应 Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH=+41.2 kJ·mol-1
反应 Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-122.5 kJ·mol-1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。
其中：CH3OCH3的选择性=×100%
①温度高于300 ℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是　　　 　　　 　　　　。
②220 ℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有　　　 　　　　。
2.[2021·江苏，18(1)(2)]甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
(1)500 ℃时，CH4与H2O重整主要发生下列反应：
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
已知CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)　ΔH=-178.8 kJ·mol-1。向重整反应体系中加入适量多孔CaO，其优点是　　　 　　　　。
(2)CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+246.5 kJ·mol-1
反应Ⅱ：H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH=+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ：2CO(g)CO2(g)+C(s)
ΔH=-172.5 kJ·mol-1
①在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g)，可减少C(s)的生成，反应3CH4(g)+CO2(g)+2H2O(g)4CO(g)+8H2(g)的ΔH=　　　　。
②1.01×105 Pa下，将n起始(CO2)∶n起始(CH4)=1∶1的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图所示。800 ℃下CO2平衡转化率远大于600 ℃下CO2平衡转化率，其原因是　　　 　　　　。
3.[2021·辽宁，17(2)(3)(4)]苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应：
Ⅰ.主反应：(g)+3H2(g)(g)　ΔH1<0
Ⅱ.副反应：(g)(g)　ΔH2>0
(2)有利于提高平衡体系中环己烷体积分数的措施有　　　　(填字母)。
A.适当升温 B.适当降温
C.适当加压 D.适当减压
(3)反应Ⅰ在管式反应器中进行，实际投料往往在n(H2)∶n(C6H6)=3∶1的基础上适当增大H2用量，其目的是　　　　。
(4)氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当H2中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致反应Ⅰ的产率降低，推测其可能原因为　　　 　　　　。
答案精析
类型分析
例1　500 ℃　A
解析　由图可知，500 ℃时，在催化剂A的作用下NO还原率最高，是消除NO的最佳条件。
例2　pH在5.5~6.0、=6
例3　(1)温度高于290 ℃，随着温度升高，CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)平衡向右移动的程度大于2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)平衡向左移动的程度，使CO2的平衡总转化率上升　(2)CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应活化能较低，而合成二甲醚时的副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)活化能较高，所以二甲醚的实际选择性高于其平衡值
例4　a点载气流速较小，甲基环己烷的浓度较大，其在催化剂表面吸附及发生脱氢反应的百分率较小，故其转化率较小；适当加快载气流速可以减小反应物的浓度，使反应物在催化剂表面吸附及发生脱氢反应的百分率变大，故甲基环己烷转化率随载气流速适当加快而提高；b点载气流速过快，会使甲基环己烷在催化剂表面的反应时间减少，导致甲基环己烷转化率降低，因此，b点转化率能与a点保持相当
真题演练
1.①反应Ⅰ的ΔH>0，反应Ⅱ的ΔH<0，温度升高，反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡逆向移动，使CO2转化为CO的平衡转化率上升，转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度
②增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
解析　①反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，当升高温度时，反应Ⅰ平衡正向移动，CO2转化为CO的平衡转化率上升，反应Ⅱ平衡逆向移动，CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度。②反应Ⅰ是气体分子数不变的反应，反应Ⅱ是气体分子数减小的反应，所以可以通过加压使反应Ⅱ平衡正向移动，或者加入有利于反应Ⅱ进行的催化剂。
2.(1)吸收CO2，提高H2的产率，提供热量
(2)①+657.1 kJ·mol-1　②反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔH>0，反应Ⅲ的ΔH<0，温度升高，反应Ⅰ、Ⅱ平衡正向移动，反应Ⅲ平衡逆向移动，CO2平衡转化率增大
解析　(1)已知CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)　ΔH=-178.8 kJ·mol-1，因此向重整反应体系中加入适量多孔CaO的优点是吸收CO2，使平衡正向移动，提高H2的产率，同时提供热量。(2)①依据盖斯定律可知反应Ⅰ×3-反应Ⅱ×2即得到反应3CH4(g)+CO2(g)+2H2O(g)4CO(g)+8H2(g)　ΔH=+657.1 kJ·mol-1。
3.(2)BC　(3)提高苯的转化率　(4)金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性

展开更多......

收起↑