备考2025届高考化学一轮复习强化训练第七章化学反应速率和化学平衡第5讲化学反应速率与化学平衡的图像

第5讲化学反应速率与化学平衡的图像1.[2024江苏]NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将确定比例NH3、O2和N2的混合气体以确定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、N2的选择性[2n生成（N2）n总转化（A.其他条件不变，上升温度，NH3的平衡转化率增大B.其他条件不变，在175～300℃范围，随着温度的上升，出口处氮气、氮氧化物的量均不断增大C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250℃D.高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂解析A项，图示中NH3的转化率并不是平衡转化率，由“NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应”，知上升温度，平衡逆向移动，NH3的平衡转化率减小，错误；B项，由图像知，其他条件不变，在175～300℃范围，随着温度的上升，NH3的转化率渐渐增大至几乎不变，N2的选择性渐渐减小，则低温时，NH3的转化率为影响N2产量的主要因素，高温时，N2的选择性为影响N2产量的主要因素，故出口处N2的量先增大后减小，错误；C项，温度高于250℃时，N2的选择性减小较快，NH3更易转化成NO或N2O，仍会污染环境，错误；D项，N2对环境无污染，由题图知，低温下，N2的选择性高，但低温下反应速率慢，所以单位时间内NH3的转化率不高，故须要研发低温下NH3转化率高且N2选择性高的催化剂，正确。2.[浙江高考]在催化剂作用下，用乙醇制乙烯，乙醇转化率和乙烯选择性（生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值）随温度、乙醇进料量（单位：mL·min－1）的关系如图所示（保持其他条件相同）。在410～440℃温度范围内，下列说法不正确的是（A）A.当乙醇进料量确定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性上升B.当乙醇进料量确定，随温度的上升，乙烯选择性不愿定增大C.当温度确定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小D.当温度确定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大解析分析题图可知，当乙醇进料量确定，随着乙醇转化率增大，乙烯的选择性先增大后减小，A项错误；由乙烯选择性变更曲线可知，当乙醇进料量确定，随温度的上升，乙烯的选择性先增大后减小，B项正确；由乙醇转化率变更曲线可知，当温度确定时，乙醇的进料量增大，乙醇转化率减小，C项正确；由乙烯选择性变更曲线可知，当温度确定时，乙醇的进料量增大，乙烯选择性增大，D项正确。3.[2024江苏]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＝－178.8kJ·mol－1。向重整反应体系中加入适量多孔CaO，其优点是提高H2产率，供应热量。（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＝246.5kJ·mol－1反应Ⅱ：H2（g）＋CO2（g）CO（g）＋H2O（g）ΔH＝41.2kJ·mol－1反应Ⅲ：2CO（g）CO2（g）＋C（s）ΔH＝－172.5kJ·mol－1①在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O（g），可削减C（s）的生成，反应3CH4（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）4CO（g）＋8H2（g）的ΔH＝657.1kJ·mol－1。②1.01×105Pa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1所示。800℃下CO2平衡转化率远大于600℃下CO2平衡转化率，其缘由是反应Ⅰ、反应Ⅱ的ΔH＞0，高温下正反应进行程度大，CO2反应的量多；反应Ⅲ的ΔH＜0，高温下正反应进行程度小，CO2的生成量少。图1（3）利用铜－铈氧化物（xCuO·yCeO2，Ce是活泼金属）催化氧化可除去H2中少量CO，催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变更，可能机理如图2所示。将n（CO）∶n（O2）∶n（H2）∶n（N2）＝1∶1∶49∶49的混合气体以确定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器，CO的转化率随温度变更的曲线如图3所示。图2图3①Ce基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2，图2所示机理的步骤（i）中，元素Cu、Ce化合价发生的变更为Cu由＋2价变为＋1价，Ce由＋4价变为＋3价。②当催化氧化温度超过150℃时，催化剂的催化活性下降，其可能缘由是温度上升，Cu2＋（或Cu＋）被H2（或CO）还原为Cu。解析（1）CaO吸取CO2，促使CO（g）＋H2O（g）⇌H2（g）＋CO2（g）平衡右移，可以提高H2的产率，且CaO吸取CO2为放热反应，可以为重整过程供应热量。（2）①依据盖斯定律，由反应Ⅰ×3－反应Ⅱ×2可得目标反应，则目标反应的ΔH＝246.5kJ·mol－1×3－41.2kJ·mol－1×2＝657.1kJ·mol－1。②从平衡移动角度分析，上升温度，反应Ⅰ、Ⅱ均正向移动，CO2的转化率提高，反应Ⅲ逆向移动，生成CO2的量减小，所以三个反应综合考虑，CO2的平衡转化率在高温下更大。（3）①铜－铈氧化