2023-2024届新高考一轮复习人教版 第七章 练习9　化工生产中的速率与平衡图像分析 学案

热点强化练9化工生产中的速率与平衡图像分析

1.以表面覆盖Cu2AkO4的二氧化钛为催化齐!J,可以将CO?和CH”直接转

化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所

示。下列说法错误的是(C)

2OO

傕40

一

化

乙

剂

酸

的1OO

的

催20

生

化

成

效

速

率OO

lA率

20030040

反应温度/七

A.250C时,催化剂的活性最大

B.250〜30OC时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是催化剂

的催化效率降低

C.300-400℃时，乙酸的生成速率升高的原因是催化剂的催化效率

增大

D.300〜400℃时，乙酸的生成速率升高的原因是温度升高

解析：由图可知,250℃时,催化剂的活性最大,A项正确;250〜300℃

时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250C时,催

化剂的催化效率降低,B项正确;300〜400℃时，乙酸的生成速率升高

的原因是温度升高,C项错误、D项正确。

2.(2022•陕西渭南一模)默基硫(CoS)是以煤、石油、天然气为原料

生产的化工原料气中有机硫的主要形式。CoS催化水解的反应为

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

度、相同时间内，测得不同温度及不同催化剂下COS水解反应的转化

率如图所示：

下列说法正确的是(B)

A.N点为该反应达到平衡状态的点

B.正反应的平均反应速率:P>N>M

C.任何温度下，γ-AbG的催化效果都比Ti(λ好

D.150℃时∙,用γ-AbOs作催化剂,达到平衡时CO2的体积分数最大

解析：由题图可知,在N点对应温度下，由TiO2作催化剂时COS的转化

率更高,可知N点并未达到平衡状态,A项错误;相同时间内COS的转

化率越大催化效率越高,正反应的平均反应速率P>N>M,B项正确;低

温时γ-AkOs对COS水解反应的催化效果好,C项错误;在相同温度下，

无论用哪种催化剂,达到平衡时C0?的体积分数都一样,D项错误。

3.(2022•北师大实验中学三模)在一定条件下,利用⑩合成OWH的

反应为CO2(g)+3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1,研究发现,反应过程

中会有副反应:CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)ΔH2,温度对CLOH、CO

的平衡产率影响如图所示。下列说法中，不正确的是(C)

A.ΔH1<O,ΔH2>0

B.增大压强有利于加快合成反应的速率

C.实际生产过程中，升高温度一定降低CH3OH的产率

D.实际生产过程中，可以通过使用合适的催化剂提高CH3OH的选择性

解析：由题干图像信息可知,升高温度CO的平衡产率增大，即副反应

正向移动，则AHz>O,CH3OH的平衡产率减小，即合成反应逆向移动，则

ΔH1<O,A正确;增大压强即压缩体积,反应物浓度增大,故有利于加快

合成反应的速率,B正确；实际生产过程中，往往保持一定流速通入气

体反应物,故在反应未达到平衡之前,温度越高反应速率越快,则

CH3OH的产率越大,反应达到平衡后再升高温度平衡逆向移动,则

CH3OH的产率反而降低,故升高温度不一定降低CH3OH的产率,C不正确;

实际生产过程中，可以通过使用合适的催化剂提高CLOH的选择性,减

少副反应的发生而提高原料的利用率和CH3OH的产率,D正确。

4.(不定项)(2022•山东烟台三模)工业上用C6H5Cl和H2S的高温气相

反应制备苯硫酚(CGHSSH),同时有副产物C6H6生成：

I.C6H5Cl(g)+H2S(g)-=÷C6H5SH(g)+HCl(g)ΔH1

II.CHCl(g)+HS(g)-CH(g)+HCl(g)+⅛(g)ΔH

65266O82

使C6H5Cl和H2S按物质的量1：1进入反应器,定时测定反应器尾端出

来的混合气体中各产物的量,得到单程收率

（生产力的产物所消耗的原料量

义100%）与温度的关系如图所示。下列说法正

进入反应器的原料量

确的是（BC）

A.ΔHl<O,Δ⅛<0

B.反应∏的活化能较大

C.590℃以上,随温度升高,反应I消耗H2S减少

D.645℃时,反应I的化学平衡常数K=∣

解析:温度大于590℃时，随温度升高,苯硫酚的单程收率降低,说明

ΔH,<O,随温度升高,苯的单程收率增大,说明AIVO,故A错误;温度

较低时,苯的单程收率小，说明反应II的速率小，反应II的活化能较大，

故B正确;590℃以上,随温度升高,苯硫酚的单程收率降低,反应I

消耗H2S减少，故C正确；设通入氯苯、HzS的物质的量各为1mol,645℃

时,苯硫酚的单程收率为20%、苯的单程收率为20%,则反应I消耗0.2

mol氯苯、0.2molELS,生成苯硫酚0.2mol、氯化氢0.2mol,反应

H消耗0.2mol氯苯、0.2molH2S,生成苯0.2mol>氯化氢0∙2mol、

S8O.025mol,容器中含有0.6mol氯苯、0.6molH2Sʌ0.2mol苯

硫酚、0∙4mol氯化氢,反应I的化学平衡常数K=衿黑《故D错误。

0.6×0.69

5.(2022•湖南师大附中月考)减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气

中的排放是环境保护的重要内容之一。

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

若某反应的平衡常数表达式为嗯忌需,请写出此反应的热化学方

c2(N0)c2(CO)

程式:。

(2)利用H2和CO2在一定条件下可以合成乙烯:6H2(g)+2C02(g)第”

CH2=CH2(g)+4H20(g),已知不同温度对C02的平衡转化率及催化剂的效

率影响如图所示。下列有关说法正确的是(填序号)。

100150200250300350温度优

①不同条件下反应,N点的速率最大

②M点时平衡常数比N点时平衡常数大

③温度低于250℃时一，随温度升高乙烯的产率增大

④实际反应中应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的平衡转化

率

⑤该反应△H<0

⑶在密闭容器中充入5molCo和4molNO,发生上述(1)中某反应,

如图为平衡时No的体积分数与温度、压强的关系。

5

赧

①

格

母

痘

O

N

①温度:Tl(填或“>”)T20

②某温度下,若反应进行到10分钟达到平衡状态D点时，容器的容积

为2L,则此时的平衡常数K=(保留两位有效数字)；用CO

的浓度变化表示的平均反应速率V(Co)=o

③若在D点对反应容器升温的同时扩大容积至体系压强减小,重新达

到的平衡状态可能是图中A〜G点中的点。

解析：(1)由平衡常数表达式知目标方程式为2N0(g)+2C0(g)—

N2(g)+2CO2(g),根据盖斯定律，可知AH=-746.5kj∕molo

(2)①随着温度的升高,化学反应速率增大,但催化剂的催化效率先升

高后降低,所以N点的反应速率不一定最大,错误;②随温度升高CO2

的平衡转化率减小,说明温度升高平衡逆向移动,所以该反应的△

H<0,M点时温度低于N点,故M点时平衡常数比N点时平衡常数大,正

确;③温度低于250C时，随温度升高乙烯的产率减小,错误;④该反

应在较低的温度下进行能提高CO?的平衡转化率,但温度低,反应速率

小，实际反应中应尽可能在250℃下进行,错误;⑤随温度升高CO?的

平衡转化率减小,说明温度升高平衡逆向移动,所以该反应的△H<0,

正确。

(3)①2NO(g)+2CO(g)0N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kj∕mol,升高温

度平衡逆向移动,NO的体积分数增大,所以T1>T2o

②在2L密闭容器中充入5molCO和4molNO,则CO和NO的起始

浓度分别为2.5mol∕L和2mol∕L0设NO浓度的变化量为2xmol∕L,

2N0(g)+2C0(g)-N2(g)+2C02(g)

起始/22.500

(mol∕L)

转化/2x2xX2x

(mol∕L)

平衡/2-2x2.5-2xX2x

(mol∕L)

----------------ɪθ.25,解得x=0.5,K=臀22;根据v=",用CO

2-2x+2.5-2x+x+2x12×1.52∆t

的浓度变化表示的平均反应速率V(Ce))WLL=0.1mol∕(L∙min)。

IOmin

③若在D点对反应容器升温的同时扩大容积至体系压强减小,平衡逆

向移动,NO体积分数增大,故重新达到的平衡状态可能是图中的A点。

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)丙烯是一种重要的化工原料,可以在催化剂作用下,

由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。

反应I(直接脱氢)CH8(g)-CE(g)+H2(g)ΔH,=+125kJ・moΓ'

反应II(氧化脱氢)：CN(g)+京2(g)-C3H6(g)+H2O(g)ΔH2=-118

kJ∙moll

(1)已知键能:E(C—H)=416kJ∙moll,

E(H-H)=436kJ∙moll,由此计算生成1mol碳碳n键放出的能量为一

kjo

(2)对于反应I,总压恒定为100kPa,在密闭容器中通入CsHs和岫的

混合气体⑹不参与反应)，从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入

N”的作用是_______________________________________________

o在温度为「时,C3H8的平衡转化率与

通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图a所示,计算Tl时反应I

的平衡常数KP=kPa(以分压表示,分压=总压义物质的量分

数,保留一位小数)。

10O

兴

∕o

⅛8

3

o

∕6

港

o

⅛g-4

≈o

o

2

O'3I一1一‘

0.00.20.40.60.81.0

通人气体中CsM的物质的量分数

Sa

0

8

B

d6

-M由

φ4

2

O

0.00.51.01.52.02.5

时间/s

图b

(3)在温度为T2时,通入气体分压比为p(C3⅛)：P(O2)：P(N2)=IO：5:

85的混合气体,各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。。〜

1.2S生成CNi的平均速率为kPa∙s∖在反应一段时间

后,C曲和的消耗速率比小于2:1的原因为O

⑷恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为P(C3H8)：p(02)：p(N2)=2:

13：85的混合气体，已知某反应条件下只发生如下反应(k、k,为速

率常数)：

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

反应HI:2CM(g)+902(g)—BCO2(g)+6H20(g)k'

实验测得丙烯的净生成速率方程为V(C3H6)=kp(C3H8)-k'p(C3H6),可推

测丙烯的浓度随时间的变化趋势为,其理由

是O

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

中需要断裂2molC—H、形成1mol碳碳n键和1molH—H,416

kJ∙mol1×2-E(碳碳π键)-436kJ・moΓ1=+125kJ∙moΓ',解得E(碳

碳n键)=271kJ∙moΓ∣,所以形成ImOl碳碳五键放出的能量为271H0

⑵达到平衡后“通入N2”，由于总压恒定为IOOkPa,则容器体积增

大,气体浓度减小,平衡向气体体积增大的方向移动，即向正反应方向

移动,C3H8(g)的转化率增大;根据图a,C3H8的物质的量分数为0.4时，

其平衡转化率为50%,假设混合气体为1mol,则起始时CsL为0.4

mol,岫为0.6mol,运用三段式法计算

i

C3H8(g)UH2(g)+C3H6(g)

起始∕mol0.400

变化∕mol0.20.20.2

平衡∕mol0.20.20.2

由于总压恒定为100kPa,平衡时C3H8为0.2mol,C3H6^J0.2mol,H2

为0.2mol,N2^J0.6mol,则C3H8(g)>C3H6(g)>H2(g)的分压均为100

IOO1IOO1

kPaXW玛=警kPa,故Tl时反应I的平衡常数K=x16.7

1.2mol6—IJkMPaUɪ£

6

kPa0

(3)0〜L2s内CN的分压由0增大为2.4kPa,则生成的平均速

率为S也2kPa;若只发生反应I、II,CN的分压应大于乩和

H2O的分压,但由图b知，随着反应进行,分压p(H2O)>p(C3H6)>p(H2),且

有C02生成,乩分压降低,故体系中还发生反应C3H6(g)+⅜2(g)-

3C02(g)+3H20(g)、H2(g)+⅛2(g)-H2O(g),消耗O2,因此C3H8⅛0?的消

耗速率比小于2：1。

⑷反应开始时,反应II向右进行,c6九)逐渐增大,且体系中以反应

II为主,随着反应进行,P(C3H8)减小,P(C3H6)增大,使得V(C3H6)减小,体

系中以反应m为主，因此丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减

小。

答案：(1)271(2)使平衡向正反应方向移动或提高丙烷转化率

16.7(3)2.0(发生副反应)生成CO2、乩0使消耗量增大

(4)先增大后减小反应开始时，反应∏为主要反应,反应一段时间后,

反应In为主要反应(或反应初始时,C3H8的分压较大,反应II的速率较

大。随着反应的进行,C34的分压降低,，3比的分压增大,反应HI的速率

较大)

7.在一定条件下，由∞2和乩合成甲醇已成为现实,该合成对解决能源

问题具有重大意义。该过程中有两个竞争反应,反应过程能量关系如

图。

(1)请写出C0(g)与FUg)生成CH3OH(g)的热化学方程式:—

i

(2)对于CO2(g)+3H2(g)=^=CH3OH(g)+H2O(g)反应，已矢口V正=k正

3

c(CO2)∙c(H2),Va=ka5c(CH3OH)・c(LO),升高温度k正增大的倍数

(填或J”)k逆增大的倍数,为了提高同的转化率,

可采取的措施有(填字母)。

A.加压B.升温

C.加催化剂D.增加CO2的浓度

(3)在一容积可变的密闭容器中，充入1molCO2与3mol乩发生反

应:CO2(g)÷3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g),CO2在不同温度下的平衡转化

率与总压强的关系如图所示，图中M点时CH3OH的物质的量分数

为,该反应的压强平衡常数Kp=atm2(用平衡分压代

替平衡浓度计算,分压=总压义物质的量分数)。

洪70

越60

卫50

解40

题30

详

020

310

0

255075100125150

压强∕atm

(4)由CO2和1合成甲醇有两个竞争反应,为提高CkOH的选择性,在原

料气中掺入一定量C0,原因是____________________________

o另外,可以通过控制双组分催化剂

(CuO-ZnO)中CuO的含量,提高甲醇产率,根据如图判断,催化剂选择

性最好的CuO的含量为。

80

60W

%O

40G

H

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