资源简介 题型突破2多平衡体系中最佳条件的选择及原因解释1.(2024·湖南卷)丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气,用TiO2作催化剂生产CH2==CHCN的流程如下:已知:①进料混合气进入两釜的流量恒定,两釜中反应温度恒定:②反应釜Ⅰ中发生的反应:ⅰ:HOCH2CH2COOC2H5(g)—→CH2==CHCOOC2H5(g)+H2O(g) ΔH1③反应釜Ⅱ中发生的反应:ⅱ:CH2==CHCOOC2H5(g)+NH3(g)—→CH2==CHCONH2(g)+C2H5OH(g) ΔH2ⅲ:CH2==CHCONH2(g)—→CH2==CHCN(g)+H2O(g) ΔH3④在此生产条件下,酯类物质可能发生水解。回答下列问题:进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四种物质(CH2==CHCOOC2H5、CH2==CHCN、C2H5OH、H2O)的流量,(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图:(1)表示CH2==CHCN的曲线是 (填“a”“b”或“c”)。 (2)反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是 。 (3)出料中没有检测到CH2==CHCONH2的原因是 。 (4)反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是 。 2.(2023·湖南卷)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。苯乙烯的制备已知下列反应的热化学方程式:①C6H5C2H5(g)+O2(g)===8CO2(g)+5H2O(g)ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1②C6H5CH==CH2(g)+10O2(g)===8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1③H2(g)+O2(g)===H2O(g)ΔH3=-241.8 kJ·mol-1④C6H5C2H5(g)C6H5CH==CH2(g)+H2(g) ΔH4=+118 kJ·mol-1。(1)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入 mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应)。 (2)在913 K、100 kPa下,以水蒸气作稀释气。Fe2O3作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:⑤C6H5C2H5(g)C6H6(g)+CH2CH2(g)⑥C6H5C2H5(g)+H2(g)C6H5CH3(g)+CH4(g)以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S=×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是 ,理由是 。 (3)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是 。 A.X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构B.Fe2O3可改变乙苯平衡转化率C.Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能D.改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率3.(2022·全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:(ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+172 kJ·mol-1,=1.0×10-2(ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2=-51 kJ·mol-1,=1.2×1012Pa(1)反应2C(s)+O2(g)===2CO(g)的ΔH为 kJ·mol-1,Kp= Pa。 (2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是 。 (3)对于碳氯化反应:增大压强,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。 4.(2022·河北卷)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是 (填标号)。 A.增加CH4(g)用量B.恒温恒压下通入惰性气体C.移除CO(g)D.加入催化剂1.活化能的概念在给定的化学反应中,由反应物分子到达活化分子所需的最小能量。2.活化能对化学反应的影响(1)根据有效碰撞理论,活化能越小,反应速率越大。(2)催化剂能降低反应的活化能,提高反应速率,增大非平衡状态中反应物的转化率,但不改变平衡转化率。(3)基元反应中的慢反应决定整个反应速率。(4)催化剂具有专一性,能提高某一特定反应的反应速率,从而提高指定反应的选择性。3.实际工业生产中反应最佳条件的选择条件 原则从化学反应速率分析 非平衡状态,着重考虑外因对速率的影响导致反应物的转化率(或产品产率)的影响从化学平衡移动分析 平衡后,着重考虑外因对移动方向的影响从催化剂的活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制,还要注意催化剂对主副反应的选择性的影响综合分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性,还要考虑设备要求[分类例析]1.反应最佳条件选择例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<0②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2<0③CH4(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的转化率分别和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 丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2==CHCHO)和乙腈(CH3CN)等,回答下列问题:(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)===C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1②C3H6(g)+O2(g)===C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。 (2)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图所示。由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ,理由是 。 2.曲线变化原因解释例3 以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)===C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1②C3H6(g)+O2(g)===C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1如图为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 ℃,高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是 。 A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大C.副反应增多 D.反应活化能增大例4 乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯:C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) ΔH1>0。在乙烷中引入 O2可以降低反应温度,减少积碳。涉及如下反应:a.2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2<0b.2C2H6(g)+5O2(g)===4CO(g)+6H2O(g) ΔH3<0c.C2H4(g)+2O2(g)===2CO(g)+2H2O(g) ΔH4<0常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1投料制备乙烯,体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。在570~600 ℃温度范围内,下列说法正确的有 (填字母)。 A.C2H4产率随温度升高而增大B.H2O的含量随温度升高而增大C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率1.(2024·四川成都期末)利用CO2和H2制备甲醇。工业中制备甲醇的原理如下:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)现研究温度及分子筛膜(用分子筛膜代替容器器壁,该膜只允许极性分子通过)对甲醇平衡产率的影响。将CO2和H2初始投料分别按1.0 mol·L-1和4.0 mol·L-1充入恒容容器中,温度及分子筛膜对甲醇平衡产率的影响如图所示。其他条件不变,甲醇的平衡产率有分子筛膜的总是高于没有分子筛膜,其原因可能是 。 2.(2024·山东威海一模)(1)在密闭容器中加入足量的Cu2Fe2O5(s)、C4H10(g)和N2(g),在总压强保持96.8 kPa不变的条件下,仅发生反应②2C4H10(g)+13Cu2Fe2O5(s)13Cu2Fe2O3(s)+8CO2(g)+10H2O(g) ΔH<0,测得在不同温度下C4H10的平衡转化率与起始投料比[x=]的关系如图所示。①其他条件不变,x的值增大,C4H10的平衡转化率减小的原因是 。 ②T1 (填“>”“<”或“=”)T2。 (2)一定温度下,在恒压密闭容器中充入足量的Cu2Fe2O5(s)、C4H10(g),仅发生反应13Cu2Fe2O5(s)+2C4H10(g)13Cu2Fe2O3(s)+8CO2(g)+10H2O(g) ΔH<0,达到平衡后,再充入少量C4H10(g),平衡 (填“正向”“逆向”或“不”)移动,再次达到平衡时,丁烷的平衡转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。 3.(2024·江苏常州质检)工业上用SiO2和焦炭高温下反应制得粗硅,再经如下2步反应制得精硅:Si(s)+3HCl(g)===SiHCl3(g)+H2(g) ΔH=-141.8 kJ·mol-1,SiHCl3(g)+H2(g)===Si(s)+3HCl(g),反应过程中可能会生成SiCl4。如图所示,当>3,SiHCl3平衡产率减小的原因是 。 4.(2024·河南濮阳质检)二甲醚催化重整制氢的反应过程主要包括以下几个反应(以下数据为25 ℃、1.01×105 Pa条件下测定):Ⅰ:CH3OCH3(g)+H2O(l)2CH3OH(l)ΔH>0Ⅱ:CH3OH(l)+H2O(l)CO2(g)+3H2(g) ΔH>0Ⅲ:CO(g)+H2O(l)CO2(g)+H2(g)ΔH<0Ⅳ:CH3OH(l)CO(g)+2H2(g) ΔH>0工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如图1、2所示:你认为反应控制的最佳温度应为 (填字母)。 A.300~350 ℃ B.350~400 ℃C.400~450 ℃ D.450~500 ℃5.(2024·山东泰安质检)探究CH3OH合成反应的化学平衡影响因素,有利于提高CH3OH的产率。CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.5 kJ·mol-1Ⅱ.2CO2(g)+5H2(g)C2H2(g)+4H2O(g) ΔH=+37.1 kJ·mol-1在压强为p,CO2、H2的起始投料比为1∶3的条件下,发生反应Ⅰ、Ⅱ。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。已知:CH3OH的选择性=×100%(1)有利于提高CH3OH的选择性的措施有 (填字母)。 A.适当降温 B.适当升温 C.选择合适的催化剂(2)温度高于350 ℃时,体系中发生的反应以 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)为主,并说明理由: 。 (3)其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是 (填“a”或“b”)。 6.(2024·长郡中学模拟节选)甲基环己烷催化脱氢(+3H2)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 。 题型突破2多平衡体系中最佳条件的选择及原因解释1.(2024·湖南卷)丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气,用TiO2作催化剂生产CH2==CHCN的流程如下:已知:①进料混合气进入两釜的流量恒定,两釜中反应温度恒定:②反应釜Ⅰ中发生的反应:ⅰ:HOCH2CH2COOC2H5(g)—→CH2==CHCOOC2H5(g)+H2O(g) ΔH1③反应釜Ⅱ中发生的反应:ⅱ:CH2==CHCOOC2H5(g)+NH3(g)—→CH2==CHCONH2(g)+C2H5OH(g) ΔH2ⅲ:CH2==CHCONH2(g)—→CH2==CHCN(g)+H2O(g) ΔH3④在此生产条件下,酯类物质可能发生水解。回答下列问题:进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四种物质(CH2==CHCOOC2H5、CH2==CHCN、C2H5OH、H2O)的流量,(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图:(1)表示CH2==CHCN的曲线是 (填“a”“b”或“c”)。 (2)反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是 。 (3)出料中没有检测到CH2==CHCONH2的原因是 。 (4)反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是 。 答案 (1)c (2)降低分压有利于反应ⅰ平衡正向移动且提高醇的浓度可以使酯的水解程度降低从而提高产率 (3)CH2==CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解 (4)反应时间过长,催化剂中毒活性降低,反应速率降低,故产物减少解析 (1)根据总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)—→CH2==CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g),设进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)=1 mol,n(C2H5OH)=2 mol,出料气中CH2==CHCOOC2H5含量很少,则生成CH2==CHCN(g)、C2H5OH(g)物质的量约为1 mol,生成H2O(g)的物质的量约为2 mol,故出料气中C2H5OH(g)物质的量共约3 mol,故出料气中CH2==CHCN、C2H5OH、H2O物质的量之比约为1∶3∶2,故曲线c表示CH2==CHCN的曲线;(2)反应釜Ⅰ中发生反应ⅰ是气体体积增大的反应,故加入C2H5OH降低分压有利于反应ⅰ平衡正向移动且提高醇的浓度可以使酯的水解程度降低从而提高产率;(3)丙烯酰胺(CH2CHCONH2)的分解温度约为160 ℃至170 ℃,出料中没有检测到CH2CHCONH2的原因是CH2CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解;(4)反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是反应时间过长,催化剂中毒活性降低,反应速率降低,故产物减少。2.(2023·湖南卷)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。苯乙烯的制备已知下列反应的热化学方程式:①C6H5C2H5(g)+O2(g)===8CO2(g)+5H2O(g)ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1②C6H5CH==CH2(g)+10O2(g)===8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1③H2(g)+O2(g)===H2O(g)ΔH3=-241.8 kJ·mol-1④C6H5C2H5(g)C6H5CH==CH2(g)+H2(g) ΔH4=+118 kJ·mol-1。(1)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入 mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应)。 (2)在913 K、100 kPa下,以水蒸气作稀释气。Fe2O3作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:⑤C6H5C2H5(g)C6H6(g)+CH2CH2(g)⑥C6H5C2H5(g)+H2(g)C6H5CH3(g)+CH4(g)以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S=×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是 ,理由是 。 (3)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是 。 A.X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构B.Fe2O3可改变乙苯平衡转化率C.Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能D.改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率答案 (1)5 (2)甲苯 主反应生成的氢气能使副反应⑥的平衡正向移动,甲苯的选择性大于苯的选择性 (3)BD解析 (1)设充入H2O(g)物质的量为x mol;在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④。乙苯的平衡转化率为50%,可列三段式此时平衡时混合气体总物质的量为1.5 mol,此时容器的体积为V;当乙苯的平衡转化率为75%,可列三段式此时乙苯、苯乙烯、H2物质的量之和为1.75 mol,混合气的总物质的量为(1.75+x) mol,在恒温、恒压时,体积之比等于物质的量之比,此时容器的体积为V;两次平衡温度相同,则平衡常数相等,则=,解得x=5;(2)生成苯乙烯的反应为主反应,则苯乙烯的选择性最高,主反应生成的氢气能使副反应⑥的平衡正向移动,则甲苯的选择性大于苯的选择性,故b代表的产物为甲苯。(3)A.测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪,即用X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构,A项正确;B.催化剂不能使平衡发生移动,不能改变乙苯的平衡转化率,B项错误;C.催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,故Fe2O3可降低乙苯脱氢反应的活化能,C项正确;D.催化剂颗粒大小会影响接触面积,会影响反应速率,D项错误。3.(2022·全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:(ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+172 kJ·mol-1,=1.0×10-2(ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2=-51 kJ·mol-1,=1.2×1012Pa(1)反应2C(s)+O2(g)===2CO(g)的ΔH为 kJ·mol-1,Kp= Pa。 (2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是 。 (3)对于碳氯化反应:增大压强,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。 答案 (1)-223 1.2×1014 (2)碳氯化反应气体分子数增加,ΔH小于0,是熵增、放热过程,根据ΔG=ΔH-TΔS可知ΔG<0,故该反应能自发进行,而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程,反应趋势远小于碳氯化 (3)向左 变小解析 (1)根据盖斯定律,将“反应(ⅱ)-反应(ⅰ)”得到反应2C(s)+O2(g)===2CO(g),则ΔH=-51 kJ·mol-1-(+172 kJ·mol-1)=-223 kJ·mol-1;则Kp==Pa=1.2×1014Pa;(2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,因为碳氯化反应气体分子数增加,ΔH小于0,是熵增、放热过程,根据ΔG=ΔH-TΔS可知ΔG<0,故该反应能自发进行,而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程,反应趋势远小于碳氯化;(3)对应碳氯化反应,气体分子数增大,依据勒夏特列原理,增大压强,平衡向气体分子数减少的方向移动,即平衡向左移动;该反应是放热反应,温度升高,平衡向吸热方向移动,即向左移动,则平衡转化率变小。4.(2022·河北卷)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是 (填标号)。 A.增加CH4(g)用量B.恒温恒压下通入惰性气体C.移除CO(g)D.加入催化剂答案 BC解析 A.增加CH4 (g)用量可以提高H2O(g)的转化率,但是CH4(g)平衡转化率减小,A不符合题意;B.恒温恒压下通入惰性气体,相当于减小体系压强,反应混合物中各组分的浓度减小,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,B符合题意;C.移除CO(g),减小了反应混合物中CO(g)的浓度,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,C符合题意;D.加入催化剂不能改变平衡状态,故不能提高CH4(g)平衡转化率,D不符合题意;综上所述,上述操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是BC。命题立意:试题以某种物质的制备原理为素材,对反应过程中采取的某些条件进行合理选择与解释,主要涉及外界条件对化学反应速率、化学平衡及转化率的影响等必备知识。此类试题通过对反应原理的定性分析,在陌生的研究对象及问题情境下,考查学生信息获取与加工、逻辑推理和论证能力。1.活化能的概念在给定的化学反应中,由反应物分子到达活化分子所需的最小能量。2.活化能对化学反应的影响(1)根据有效碰撞理论,活化能越小,反应速率越大。(2)催化剂能降低反应的活化能,提高反应速率,增大非平衡状态中反应物的转化率,但不改变平衡转化率。(3)基元反应中的慢反应决定整个反应速率。(4)催化剂具有专一性,能提高某一特定反应的反应速率,从而提高指定反应的选择性。3.实际工业生产中反应最佳条件的选择条件 原则从化学反应速率分析 非平衡状态,着重考虑外因对速率的影响导致反应物的转化率(或产品产率)的影响从化学平衡移动分析 平衡后,着重考虑外因对移动方向的影响从催化剂的活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制,还要注意催化剂对主副反应的选择性的影响综合分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性,还要考虑设备要求[分类例析]1.反应最佳条件选择例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<0②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2<0③CH4(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的转化率分别和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 。 答案 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 丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2==CHCHO)和乙腈(CH3CN)等,回答下列问题:(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)===C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1②C3H6(g)+O2(g)===C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。 (2)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图所示。由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ,理由是 。 答案 (1)降低温度、降低压强 催化剂 (2)1.0 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低解析 (1)生成丙烯腈的反应是气体体积增大的放热反应,根据平衡移动原理,要提高其平衡产率,可以采用降低温度或降低压强的方法;不同的催化剂选择性不同,使反应生成目标产物及副产物的量多少不同,所以提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。(2)根据丙烯腈和丙烯醛的产率与的关系图示可知:在二者比值约为1.0时,丙烯腈产率最高,丙烯醛产率最低,达到了反应的最大选择性,故最佳约为1.0。2.曲线变化原因解释例3 以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)===C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1②C3H6(g)+O2(g)===C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1如图为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 ℃,高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是 。 A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大C.副反应增多 D.反应活化能增大答案 AC解析 高于460 ℃时,丙烯腈产率降低,是由于反应达到了平衡状态,由于该反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,物质的平衡产率应随温度升高而降低;A.催化剂在一定温度范围内活性较高,若温度过高,催化活性反而降低,正确;B.升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,错误;C.根据题意﹐副产物有丙烯醛,催化剂活性降低,副反应增多,导致产率下降,正确;D.反应活化能的大小不影响化学平衡,因此对物质的产率无影响,错误。例4 乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯:C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) ΔH1>0。在乙烷中引入 O2可以降低反应温度,减少积碳。涉及如下反应:a.2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2<0b.2C2H6(g)+5O2(g)===4CO(g)+6H2O(g) ΔH3<0c.C2H4(g)+2O2(g)===2CO(g)+2H2O(g) ΔH4<0常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1投料制备乙烯,体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。在570~600 ℃温度范围内,下列说法正确的有 (填字母)。 A.C2H4产率随温度升高而增大B.H2O的含量随温度升高而增大C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率答案 AB解析 A.从C2H6的转化率不断增大分析,反应都未达到平衡,所以C2H4产率随温度升高而增大,正确;B.因为反应未达平衡,在三个反应中,随温度升高,反应物的转化率都增大,生成水的量都增大,因此H2O的含量随温度升高而增大,正确;C.根据图中信息C2H6转化率增大,则C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而降低,错误;D.因为反应并未达到平衡,图中信息仅显示相同时间内CO的百分含量,没有显示不同温度下CO的平衡产率,所以不能说明该催化剂在较低温度下降低CO的平衡产率,错误。1.(2024·四川成都期末)利用CO2和H2制备甲醇。工业中制备甲醇的原理如下:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)现研究温度及分子筛膜(用分子筛膜代替容器器壁,该膜只允许极性分子通过)对甲醇平衡产率的影响。将CO2和H2初始投料分别按1.0 mol·L-1和4.0 mol·L-1充入恒容容器中,温度及分子筛膜对甲醇平衡产率的影响如图所示。其他条件不变,甲醇的平衡产率有分子筛膜的总是高于没有分子筛膜,其原因可能是 。 答案 有分子筛膜时能及时分离移除产物水分子,使化学平衡正向移动,甲醇的产率增大2.(2024·山东威海一模)(1)在密闭容器中加入足量的Cu2Fe2O5(s)、C4H10(g)和N2(g),在总压强保持96.8 kPa不变的条件下,仅发生反应②2C4H10(g)+13Cu2Fe2O5(s)13Cu2Fe2O3(s)+8CO2(g)+10H2O(g) ΔH<0,测得在不同温度下C4H10的平衡转化率与起始投料比[x=]的关系如图所示。①其他条件不变,x的值增大,C4H10的平衡转化率减小的原因是 。 ②T1 (填“>”“<”或“=”)T2。 (2)一定温度下,在恒压密闭容器中充入足量的Cu2Fe2O5(s)、C4H10(g),仅发生反应13Cu2Fe2O5(s)+2C4H10(g)13Cu2Fe2O3(s)+8CO2(g)+10H2O(g) ΔH<0,达到平衡后,再充入少量C4H10(g),平衡 (填“正向”“逆向”或“不”)移动,再次达到平衡时,丁烷的平衡转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。 答案 (1)①正反应是气体分子数增大的反应,总压强一定,随着x增大,N2分压减小,参与反应的气体分压增大,平衡向逆反应方向移动,C4H10的平衡转化率减小 ②> (2)正向 不变解析 (1)①其他条件不变,x的值增大,C4H10的平衡转化率减小的原因是正反应是气体分子数增大的反应,总压强一定,随着x增大,N2分压减小,参与反应的气体分压增大,平衡向逆反应方向移动,C4H10的平衡转化率减小;②该反应ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,C4H10的平衡转化率减小,故温度越高C4H10的平衡转化率越小,则T1>T2;(2)一定温度下,在恒压密闭容器中充入足量的Cu2Fe2O5(s)、C4H10(g),仅发生该反应,达到平衡后,再充入少量C4H10(g),平衡正向移动,再次达到平衡时,反应在恒压密闭条件下进行,反应物一边只有丁烷一种气体,达等效平衡,丁烷的平衡转化率不变。3.(2024·江苏常州质检)工业上用SiO2和焦炭高温下反应制得粗硅,再经如下2步反应制得精硅:Si(s)+3HCl(g)===SiHCl3(g)+H2(g) ΔH=-141.8 kJ·mol-1,SiHCl3(g)+H2(g)===Si(s)+3HCl(g),反应过程中可能会生成SiCl4。如图所示,当>3,SiHCl3平衡产率减小的原因是 。 答案 SiHCl3参与了其他的反应,导致平衡体系内SiHCl3浓度降低,产率降低4.(2024·河南濮阳质检)二甲醚催化重整制氢的反应过程主要包括以下几个反应(以下数据为25 ℃、1.01×105 Pa条件下测定):Ⅰ:CH3OCH3(g)+H2O(l)2CH3OH(l)ΔH>0Ⅱ:CH3OH(l)+H2O(l)CO2(g)+3H2(g) ΔH>0Ⅲ:CO(g)+H2O(l)CO2(g)+H2(g)ΔH<0Ⅳ:CH3OH(l)CO(g)+2H2(g) ΔH>0工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如图1、2所示:你认为反应控制的最佳温度应为 (填字母)。 A.300~350 ℃ B.350~400 ℃C.400~450 ℃ D.450~500 ℃答案 C解析 由图1可看出在T>400 ℃时,二甲醚的体积分数很小,而H2的含量较高,CO2、CO的含量较低且变化趋势不再明显,而由图2达到450 ℃时,二甲醚的转化率已很高,升高温度变化不明显,综合图1、图2和生产成本,温度应控制在400~450 ℃最合适。5.(2024·山东泰安质检)探究CH3OH合成反应的化学平衡影响因素,有利于提高CH3OH的产率。CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.5 kJ·mol-1Ⅱ.2CO2(g)+5H2(g)C2H2(g)+4H2O(g) ΔH=+37.1 kJ·mol-1在压强为p,CO2、H2的起始投料比为1∶3的条件下,发生反应Ⅰ、Ⅱ。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。已知:CH3OH的选择性=×100%(1)有利于提高CH3OH的选择性的措施有 (填字母)。 A.适当降温 B.适当升温 C.选择合适的催化剂(2)温度高于350 ℃时,体系中发生的反应以 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)为主,并说明理由: 。 (3)其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是 (填“a”或“b”)。 答案 (1)AC (2)Ⅱ 升高温度时,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,350 ℃后CO2平衡转化率上升,因此体系中发生的反应以反应Ⅱ为主 (3)b解析 (1)由反应Ⅰ可知生成CH3OH的反应为放热反应,根据勒夏特列原理,温度降低,有利于平衡正向移动,因此降温可以提高CH3OH的选择性;选择有利于反应Ⅰ进行的催化剂,可以让反应更大程度甚至只进行反应Ⅰ,有利于提高甲醇的选择性。(2)升高温度时,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,350 ℃后CO2平衡转化率上升,因此体系中发生的反应以反应Ⅱ为主。(3)反应Ⅰ是生成CH3OH的反应,该反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,CH3OH的选择性降低,因此b为平衡时CH3OH的选择性曲线,a为CO2的平衡转化率曲线。6.(2024·长郡中学模拟节选)甲基环己烷催化脱氢(+3H2)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 。 答案 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点保持相当有关多重平衡及选择性的问题在多重平衡中,几个可逆反应是相互影响的。(1)如果是连续反应(主反应的生成物又与主反应的某一反应物发生另一个可逆反应),那么该反应物的平衡转化率就会增大。(2)在一定温度下,特定的混合体系,多重平衡选择性为定值。因为平衡常数只与温度有关,且催化剂不能改变某一物质的平衡转化率。(3)如果竞争反应(在同一条件下,两个物质同时可以发生几个可逆反应),那么催化剂的选用就可以使其中某一反应的选择性提高。(共43张PPT)第一篇 新高考题型突破题型突破主观题 题型突破2 多平衡体系中最佳条件的真题导航核心整合模拟预测板块Ⅳ 化学反应的热效应、速率与平衡选择及原因解释1.(2024·湖南卷)丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气,用TiO2作催化剂生产CH2==CHCN的流程如下:已知:①进料混合气进入两釜的流量恒定,两釜中反应温度恒定:②反应釜Ⅰ中发生的反应:ⅰ:HOCH2CH2COOC2H5(g)—→CH2==CHCOOC2H5(g)+H2O(g) ΔH1③反应釜Ⅱ中发生的反应:ⅱ:CH2==CHCOOC2H5(g)+NH3(g)—→CH2==CHCONH2(g)+C2H5OH(g) ΔH2ⅲ:CH2==CHCONH2(g)—→CH2==CHCN(g)+H2O(g) ΔH3④在此生产条件下,酯类物质可能发生水解。回答下列问题:进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四种物质(CH2==CHCOOC2H5、CH2==CHCN、C2H5OH、H2O)的流量,(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图:(1)表示CH2==CHCN的曲线是 (填“a”“b”或“c”)。 (2)反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是 。 (3)出料中没有检测到CH2==CHCONH2的原因是 。 (4)反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是 。 c降低分压有利于反应ⅰ平衡正向移动且提高醇的浓度可以使酯的水解程度降低从而提高产率CH2==CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解反应时间过长,催化剂中毒活性降低,反应速率降低,故产物减少解析 (1)根据总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)—→CH2==CHCN(g)+ C2H5OH(g)+2H2O(g),设进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)=1 mol, n(C2H5OH)=2 mol,出料气中CH2==CHCOOC2H5含量很少,则生成CH2==CHCN(g)、C2H5OH(g)物质的量约为1 mol,生成H2O(g)的物质的量约为2 mol,故出料气中C2H5OH(g)物质的量共约3 mol,故出料气中CH2==CHCN、C2H5OH、H2O物质的量之比约为1∶3∶2,故曲线c表示CH2==CHCN的曲线;(2)反应釜Ⅰ中发生反应ⅰ是气体体积增大的反应,故加入C2H5OH降低分压有利于反应ⅰ平衡正向移动且提高醇的浓度可以使酯的水解程度降低从而提高产率;(3)丙烯酰胺(CH2==CHCONH2)的分解温度约为160 ℃至170 ℃,出料中没有检测到CH2==CHCONH2的原因是CH2==CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解;(4)反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是反应时间过长,催化剂中毒活性降低,反应速率降低,故产物减少。2.(2023·湖南卷)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。(1)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入 mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应)。 5解析 (1)设充入H2O(g)物质的量为x mol;在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④。乙苯的平衡转化率为50%,可列三段式此时平衡时混合气体总物质的量为1.5 mol,此时容器的体积为V;当乙苯的平衡转化率为75%,可列三段式此时乙苯、苯乙烯、H2物质的量之和为1.75 mol,混合气的总物质的量为(1.75+x) mol,在恒温、恒压时,体积之比等于物质的量之比,此时容器的体积为V;两次平衡温度相同,则平衡常数相等,则=,解得x=5;甲苯主反应生成的氢气能使副反应⑥的平衡正向移动,甲苯的选择性大于苯的选择性解析 (2)生成苯乙烯的反应为主反应,则苯乙烯的选择性最高,主反应生成的氢气能使副反应⑥的平衡正向移动,则甲苯的选择性大于苯的选择性,故b代表的产物为甲苯。(3)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是 。 A.X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构 B.Fe2O3可改变乙苯平衡转化率C.Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能 D.改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率BD解析 (3)A.测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪,即用X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构,A项正确;B.催化剂不能使平衡发生移动,不能改变乙苯的平衡转化率,B项错误;C.催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,故Fe2O3可降低乙苯脱氢反应的活化能,C项正确;D.催化剂颗粒大小会影响接触面积,会影响反应速率,D项错误。3.(2022·全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:(ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+172 kJ·mol-1,=1.0×10-2(ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2=-51 kJ·mol-1,=1.2×1012Pa(1)反应2C(s)+O2(g)===2CO(g)的ΔH为 kJ·mol-1,Kp= Pa。 -2231.2×1014解析 (1)根据盖斯定律,将“反应(ⅱ)-反应(ⅰ)”得到反应2C(s)+O2(g)===2CO(g),则ΔH=-51 kJ·mol-1-(+172 kJ·mol-1)=-223 kJ·mol-1;则Kp==Pa=1.2×1014Pa;(2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)对于碳氯化反应:增大压强,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。 碳氯化反应气体分子数增加,ΔH小于0,是熵增、放热过程,根据ΔG=ΔH-TΔS可知ΔG<0,故该反应能自发进行,而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程,反应趋势远小于碳氯化向左变小解析 (2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,因为碳氯化反应气体分子数增加,ΔH小于0,是熵增、放热过程,根据ΔG=ΔH-TΔS可知ΔG<0,故该反应能自发进行,而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程,反应趋势远小于碳氯化;(3)对应碳氯化反应,气体分子数增大,依据勒夏特列原理,增大压强,平衡向气体分子数减少的方向移动,即平衡向左移动;该反应是放热反应,温度升高,平衡向吸热方向移动,即向左移动,则平衡转化率变小。4.(2022·河北卷)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。BC解析 A.增加CH4 (g)用量可以提高H2O(g)的转化率,但是CH4(g)平衡转化率减小,A不符合题意;B.恒温恒压下通入惰性气体,相当于减小体系压强,反应混合物中各组分的浓度减小,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,B符合题意;C.移除CO(g),减小了反应混合物中CO(g)的浓度,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,C符合题意;D.加入催化剂不能改变平衡状态,故不能提高CH4(g)平衡转化率,D不符合题意;综上所述,上述操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是BC。命题立意:试题以某种物质的制备原理为素材,对反应过程中采取的某些条件进行合理选择与解释,主要涉及外界条件对化学反应速率、化学平衡及转化率的影响等必备知识。此类试题通过对反应原理的定性分析,在陌生的研究对象及问题情境下,考查学生信息获取与加工、逻辑推理和论证能力。1.活化能的概念在给定的化学反应中,由反应物分子到达活化分子所需的最小能量。2.活化能对化学反应的影响(1)根据有效碰撞理论,活化能越小,反应速率越大。(2)催化剂能降低反应的活化能,提高反应速率,增大非平衡状态中反应物的转化率,但不改变平衡转化率。(3)基元反应中的慢反应决定整个反应速率。(4)催化剂具有专一性,能提高某一特定反应的反应速率,从而提高指定反应的选择性。3.实际工业生产中反应最佳条件的选择条件 原则从化学反应速率分析 非平衡状态,着重考虑外因对速率的影响导致反应物的转化率(或产品产率)的影响从化学平衡移动分析 平衡后,着重考虑外因对移动方向的影响从催化剂的活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制,还要注意催化剂对主副反应的选择性的影响综合分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性,还要考虑设备要求[分类例析]1.反应最佳条件选择例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<0②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2<0③CH4(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的转化率分别和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 。 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。500 ℃A例2 丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2==CHCHO)和乙腈(CH3CN)等,回答下列问题:(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)===C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1②C3H6(g)+O2(g)===C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。 降低温度、降低压强催化剂解析 (1)生成丙烯腈的反应是气体体积增大的放热反应,根据平衡移动原理,要提高其平衡产率,可以采用降低温度或降低压强的方法;不同的催化剂选择性不同,使反应生成目标产物及副产物的量多少不同,所以提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。(2)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图所示。由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ,理由是 。 1.0该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低解析 (2)根据丙烯腈和丙烯醛的产率与的关系图示可知:在二者比值约为1.0时,丙烯腈产率最高,丙烯醛产率最低,达到了反应的最大选择性,故最佳约为1.0。2.曲线变化原因解释例3 以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)===C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1②C3H6(g)+O2(g)===C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1如图为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 ℃,高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是 。 A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大C.副反应增多 D.反应活化能增大AC解析 高于460 ℃时,丙烯腈产率降低,是由于反应达到了平衡状态,由于该反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,物质的平衡产率应随温度升高而降低;A.催化剂在一定温度范围内活性较高,若温度过高,催化活性反而降低,正确;B.升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,错误;C.根据题意﹐副产物有丙烯醛,催化剂活性降低,副反应增多,导致产率下降,正确;D.反应活化能的大小不影响化学平衡,因此对物质的产率无影响,错误。例4 乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯:C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) ΔH1>0。在乙烷中引入 O2可以降低反应温度,减少积碳。涉及如下反应:a.2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2<0b.2C2H6(g)+5O2(g)===4CO(g)+6H2O(g) ΔH3<0c.C2H4(g)+2O2(g)===2CO(g)+2H2O(g) ΔH4<0常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1投料制备乙烯,体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。在570~600 ℃温度范围内,下列说法正确的有 (填字母)。 A.C2H4产率随温度升高而增大B.H2O的含量随温度升高而增大C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率AB解析 A.从C2H6的转化率不断增大分析,反应都未达到平衡,所以C2H4产率随温度升高而增大,正确;B.因为反应未达平衡,在三个反应中,随温度升高,反应物的转化率都增大,生成水的量都增大,因此H2O的含量随温度升高而增大,正确;C.根据图中信息C2H6转化率增大,则C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而降低,错误;D.因为反应并未达到平衡,图中信息仅显示相同时间内CO的百分含量,没有显示不同温度下CO的平衡产率,所以不能说明该催化剂在较低温度下降低CO的平衡产率,错误。其他条件不变,甲醇的平衡产率有分子筛膜的总是高于没有分子筛膜,其原因可能是 。有分子筛膜时能及时分离移除产物水分子,使化学平衡正向移动,甲醇的产率增大①其他条件不变,x的值增大,C4H10的平衡转化率减小的原因是 _______________________________________________ 。②T1 (填“>”“<”或“=”)T2。 正反应是气体分子数增大的反应,总压强一定,随着x增大,N2分压减小,参与反应的气体分压增大,平衡向逆反应方向移动,C4H10的平衡转化率减小>解析 (1)①其他条件不变,x的值增大,C4H10的平衡转化率减小的原因是正反应是气体分子数增大的反应,总压强一定,随着x增大,N2分压减小,参与反应的气体分压增大,平衡向逆反应方向移动,C4H10的平衡转化率减小;②该反应ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,C4H10的平衡转化率减小,故温度越高C4H10的平衡转化率越小,则T1>T2;正向不变解析 (2)一定温度下,在恒压密闭容器中充入足量的Cu2Fe2O5(s)、C4H10(g),仅发生该反应,达到平衡后,再充入少量C4H10(g),平衡正向移动,再次达到平衡时,反应在恒压密闭条件下进行,反应物一边只有丁烷一种气体,达等效平衡,丁烷的平衡转化率不变。3.(2024·江苏常州质检)工业上用SiO2和焦炭高温下反应制得粗硅,再经如下2步反应制得精硅:Si(s)+3HCl(g)===SiHCl3(g)+H2(g) ΔH=-141.8 kJ·mol-1, SiHCl3(g)+ H2(g)===Si(s)+3HCl(g),反应过程中可能会生成SiCl4。如图所示,当>3,SiHCl3平衡产率减小的原因是 。SiHCl3参与了其他的反应,导致平衡体系内SiHCl3浓度降低,产率降低4.(2024·河南濮阳质检)二甲醚催化重整制氢的反应过程主要包括以下几个反应(以下数据为25 ℃、1.01×105 Pa条件下测定):工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如图1、2所示:你认为反应控制的最佳温度应为 (填字母)。 A.300~350 ℃ B.350~400 ℃C.400~450 ℃ D.450~500 ℃C解析 由图1可看出在T>400 ℃时,二甲醚的体积分数很小,而H2的含量较高,CO2、CO的含量较低且变化趋势不再明显,而由图2达到450 ℃时,二甲醚的转化率已很高,升高温度变化不明显,综合图1、图2和生产成本,温度应控制在400~450 ℃最合适。5.(2024·山东泰安质检)探究CH3OH合成反应的化学平衡影响因素,有利于提高CH3OH的产率。CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应:已知:CH3OH的选择性=×100%(1)有利于提高CH3OH的选择性的措施有 (填字母)。 A.适当降温 B.适当升温 C.选择合适的催化剂(2)温度高于350 ℃时,体系中发生的反应以 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)为主,并说明理由: 。 (3)其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是 (填“a”或“b”)。 ACⅡ升高温度时,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,350 ℃后CO2平衡转化率上升,因此体系中发生的反应以反应Ⅱ为主b解析 (1)由反应Ⅰ可知生成CH3OH的反应为放热反应,根据勒夏特列原理,温度降低,有利于平衡正向移动,因此降温可以提高CH3OH的选择性;选择有利于反应Ⅰ进行的催化剂,可以让反应更大程度甚至只进行反应Ⅰ,有利于提高甲醇的选择性。(2)升高温度时,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,350 ℃后CO2平衡转化率上升,因此体系中发生的反应以反应Ⅱ为主。(3)反应Ⅰ是生成CH3OH的反应,该反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,CH3OH的选择性降低,因此b为平衡时CH3OH的选择性曲线,a为CO2的平衡转化率曲线。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点保持相当有关多重平衡及选择性的问题在多重平衡中,几个可逆反应是相互影响的。(1)如果是连续反应(主反应的生成物又与主反应的某一反应物发生另一个可逆反应),那么该反应物的平衡转化率就会增大。(2)在一定温度下,特定的混合体系,多重平衡选择性为定值。因为平衡常数只与温度有关,且催化剂不能改变某一物质的平衡转化率。(3)如果竞争反应(在同一条件下,两个物质同时可以发生几个可逆反应),那么催化剂的选用就可以使其中某一反应的选择性提高。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 题型突破2 多平衡体系中最佳条件的选择及原因解释 练习（含解析）.docx 题型突破2 多平衡体系中最佳条件的选择及原因解释.pptx
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