熱點強化19化學反應速率和化學平衡簡答題

|］熱點精講

文字描述代表一種開放性思維與能力，一般從速率問題、平衡(轉(zhuǎn)化率)問題、安全問題、節(jié)

能減排等角度作答(考查前兩個角度居多)，實際上就是效益最大化的問題。

1.條件選擇類

(1)實驗最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“好”地生產(chǎn)，即主要是從反應速率與轉(zhuǎn)

化率(化學平衡)兩個角度來分析。“快”就是提高反應速率，“好”就是提高轉(zhuǎn)化率，原料

利用率高，而影響速率與轉(zhuǎn)化率的主要因素就是濃度、溫度、壓強與催化劑，其中溫度與壓

強是試題中經(jīng)常考查的因素。

(2)從速率、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、純度等角度分析，選擇最佳條件。如針對反應速率時，思考方向

為如何提高浸出速率、如何提高反應速率等；針對平衡轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率時，可運用平衡移動原

理解釋(其他條件不變的情況下，改變XX條件，可逆反應平衡向XX方向移動，導致XX發(fā)

生變化)；針對綜合生產(chǎn)效益時，可從原料成本，原料來源是否廣泛、是否可再生，能源成本,

對設備的要求，環(huán)境保護，綠色化學等方面作答。

(3)選擇當前條件的優(yōu)勢，其他條件的不足，往往不足的描述比較容易疏忽，如溫度過高或過

低，壓強過小或過大，也要進行分析。

2.原因分析類

(1)依據(jù)化學反應速率和平衡移動原理，分析造成圖像曲線變化的原因。

(2)催化劑對反應的影響、不同反應的選擇性問題是這類題目的難點，解題時要多加關注，不

同的條件會有不同的選擇性。

(3)這類題目一般都是多因素影響，需要多角度分析原因。

熱點專練

題組一曲線上特殊點的分析

1.用(NHQ2CO3捕碳的反應：(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HC03(aq)o為研究溫

度對(NH4)2CO3捕獲CO2效率的影響，將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中，并充入一

定量的CO?氣體，保持其他初始實驗條件不變，分別在不同溫度下，經(jīng)過相同時間測得CO?

氣體濃度，得到趨勢圖：

TtT2r,r溫度

(l)c點的逆反應速率和d點的正反應速率的大小關系為v逆(c)(填”或

“V")v4d)o

(2)b、c、d三點的平衡常數(shù)也、K：、K從大到小的順序為。

⑶4?。溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO2氣體濃度呈現(xiàn)增大的變化趨勢，其原因是

答案(1)V(2)Kb>Kc>Kd(3)八?，溫度區(qū)間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱

反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，不利于CO2的捕獲

解析(1)溫度越高，反應速率越快，d點溫度高，則c點的逆反應速率和d點的正反應速率

的大小關系為。式c)V。正(d)。(2)根據(jù)圖像，溫度為八時反應達平衡，此后溫度升高，c(CO2)

增大，平衡逆向移動，說明正反應是放熱反應。升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，

故Kb>Kc>Kd。

2.[2020?天津，16(4)]用H2還原CO2可以在一定條件下合成CH30H(不考慮副反應)：CO2(g)

+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AH<0

恒壓下，CO2和山的起始物質(zhì)的量之比為1：3時，該反應在無分子篩膜時甲醇的平衡產(chǎn)率

和有分子篩膜時甲醇的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出H2OO

%

、

都

<45

卷25

2-

①甲醇平衡產(chǎn)率隨溫度升高而降低的原因為

___________________________________________________________________________O

②P點甲醇產(chǎn)率高于7點的原因為

③根據(jù)上圖，在此條件下采用該分子篩膜時的最佳反應溫度為C。

答案①該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動(或平衡常數(shù)減小)②分子篩膜從反

應體系中不斷分離出H20,有利于反應正向進行，甲醇產(chǎn)率升高③210

解析①圖中有分子篩膜時，尸點甲醇產(chǎn)率最大，達到平衡狀態(tài)，P點后甲醇的產(chǎn)率降低，

其原因是合成甲醇的反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，甲醉產(chǎn)率降低。②尸點有

分子篩膜，「點無分子篩膜，而分子篩膜能選擇性分離出H2O,使平衡正向移動，提高甲醇

的產(chǎn)率。③由圖可知，當有分子篩膜，溫度為210c時，甲醇產(chǎn)率最大，故該分子篩膜的最

佳反應溫度為210C。

3.[2020?山東，18(3)]探究CH30H合成反應化學平衡的影響因素，有利于提高CHQH的產(chǎn)

率。以CCh、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下:

I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)-bH2O(g)

AH,=-49.5kJ-mol-1

II.CO(g)+2H2(g)CH30H(g)

△”2=-90.4kJmo「

III.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)A為

不同壓強下，按照〃(C02)：〃(H2)=I:3投料，實驗測定CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH30H的平衡

產(chǎn)率隨溫度的變化關系如下圖所示。

"(CO?)，附一〃(CO?)山

已知：CO?的平衡轉(zhuǎn)化率=X100%

〃(CC)2)初始

〃(CH30HH面

CH30H的平衡產(chǎn)率=X100%

”(CCh)陶

其中縱坐標表示C02平衡轉(zhuǎn)化率的是圖________(填“甲”或“乙”)；壓強0、P2、P3由大

到小的順序為;圖乙中八溫度時，三條曲線幾乎交于一點的原因是

答案乙P、>P2>P3△時以反應in為主，反應ni前后氣體分子數(shù)相等，壓強改變對平衡

沒有影響

解析由反應I、II可知，隨著溫度的升高，甲醇的平衡產(chǎn)率逐漸降低，因此圖甲的縱坐標

表手的是甲肝的平衡產(chǎn)率，圖乙的縱坐標表示的是CO2的平衡轉(zhuǎn)化率。同溫度下，隨著壓強

的增大，甲醇的平衡產(chǎn)率應增大，因此壓強由大到小的順序為PI>P2>P3。圖乙中，當升溫

到不時，co2的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的大小無關，說明以反應in為主，因為反應HI前后氣體分

子數(shù)相等。

■思維模型

(1)對于化學反應mA(g)+〃B(g)〃C(g)+qD(g),M點前，表示從反應物開始，vz.>va;M

點為剛達到平衡點(如圖)；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A//V0。

A%C%M

TT

(2)對于化學反應相A(g)+〃B(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(如E點)，A的百分含量大?此壓強時平衡體系的A的百分含量，所以，E點：。正演愛;

則L線的右下方(如F點)：。正

題組二曲線變化趨勢的分析

4.乙烯氣相水合反應的熱化學方程式為C2H確)+&0。C2H50H(g)△〃=-45.5kJ-

molL如圖是乙烯氣相水合法制乙醇中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系[其中

?(H2O)：77(C2H4)=1：l]o圖中壓強(pi、P2、P3、"4)的大小順序為，理由是

W

30

胡

邃20

4

或1()

7

2002503(X)35077t

答案P4>P3邛2>PT該反應正向是氣體分子數(shù)減小的反應，相同溫度下，壓強升高乙烯轉(zhuǎn)化

率升高

5.汽車使用乙醇汽油并不能減少NO,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圖所示。

No轉(zhuǎn)

化

為

N2

的

轉(zhuǎn)

化

率

-

%

。無CO時NO直接分解為N2的產(chǎn)率

▲CO剩余的百分率

口聯(lián)黑=1條件F,NO還原為N2的轉(zhuǎn)化率

〃(CO)

(I)在晶稱=1條件下，最佳溫度應控制在_____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

⑶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：

答案(1)870K(860?880K范圍內(nèi)都可以)

(2)該反應放熱，升高溫度，反應向逆反應方向進行

(3)加入的CO會與NO的分解產(chǎn)物02發(fā)生反應，促進NO分解平衡向生成Nz的方向移動，

導致NO的轉(zhuǎn)化率增大

6.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，脫氮率在

b?a段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是____________________________________________

0100200300400500溫度

答案Mn200℃b?a段，開始溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應速率較慢，反應還

沒達到化學平衡，隨著溫度升高反應速率變大，一定時間參與反應的氮氧化物變多，導致脫

氮率逐漸增大

N

7.丙烯脂(\X)是一種重要的化工原料.，廣泛應用在合成纖維、合成橡膠及合成樹脂等

()

Z\

工業(yè)生產(chǎn)中。以3?羥基丙酸乙酯［H()(g)］為原料合成丙烯般,主要反應過程如下:

()

反應I：HO(g)(g)+H2(3(g)A7/i

N

OH

TiO:

反應II：(g)+NFh(g)(g)+H2O(g)+\Z(g)kHz

()

J

在盛有催化劑TiOz、壓強為200kPa的恒壓密閉容器中按體積比2：15充入H。()(g)

和NH3(g)發(fā)生反應，通過實驗測得平衡體系中含碳物質(zhì)(乙醇除外)的物質(zhì)的量分數(shù)隨溫度的

變化如圖所示。

ICO

W

80

70

60

50

40

30

20

1()'

0’--------

15()2(X)25()300350

溫度/七

隨著溫度的升高，。(g)的平衡物質(zhì)的量分數(shù)先增大后減小的原因為

N點對應反應II的平衡常數(shù)K\=(x代表物質(zhì)的量分數(shù)

()

答案溫度較低時，反應I進行的程度大，()(助的物質(zhì)的量分數(shù)增大；溫度較高時

()

\A/\3

反應II進行的程度增大，()(g)的物質(zhì)的量分數(shù)減小280

N

解析根據(jù)圖像可知，溫度較低時,(g)的物質(zhì)的量分數(shù)很小，隨溫度升高

()

的物質(zhì)的量分數(shù)增大，()絲)是反應I的生成物、反應n的反應物，故隨著溫度的升

高，O(g)的平衡物質(zhì)的量分數(shù)先增大后減小的原因為溫度較低時，反應I進行的程

oo

/\\A

皮大,()口)的物質(zhì)的量分數(shù)增大；溫度較高時反應H進行的程度增大，

()()

Z\/\

的物質(zhì)的量分數(shù)減小。N點時，H()()(g)的物質(zhì)的量分數(shù)為0,H()()(g)

()()

sA人

完全消耗，()(g)和、/(g)的物質(zhì)的量分數(shù)相等，即

()

物質(zhì)的量相等，設起始H。()(g)、NH3(g)物質(zhì)的量依次為2mol、15mol,平衡口才

()

N

.、\AA

(g)物質(zhì)的量為xmol,反應I生成的()(g)和HzCKg)的物質(zhì)的量均為2mol,

()

\A/\、OH

則反應II消耗的()(g)和NH3(g)、生成的H2O(g)和\/(g)物質(zhì)的量都為xmol,

()

、/OH

則2-x=xt解得x=l,平衡時()(g)、NH3(g)、(g)、H2O(g),7(g)

物質(zhì)的量依次為1mol、14mo1、1mol、3mol>1mol,氣體總物質(zhì)的量為20mo1,物質(zhì)的量

i14131^02020

分數(shù)依次為布、布、布、布、布，N點對應反應II的平衡常數(shù)Kx=\rr=5gno

20X20

8.汽車尾氣是霧罐形成的原因之一，研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧箱的形成，可采

用氧化還原法脫硝：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)鯉%4NKg)+6H2O(g)A/7<0o根據(jù)下圖判

斷提高脫硝效率的最佳條件是：

氨氮物質(zhì)的量之比一定時，在400c時，脫硝效率最大，其可能的原因是

氨氮物質(zhì)的量之比

答案疑氮物質(zhì)的量之比為1,溫度為400c在400c時，催化劑的活性最好，催化效率

最高，同時400c溫度較高，反應速率快

9.一種新型煤氣化燃燒集成制氫發(fā)生的主要反應如下：

I.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)AHi

H.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)A//2

III.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)A/73

-1

W.C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)△%=—64.9kJ-mol

副反應：

V.C(s)+2H2(g)CH4(g)

A”s=-74.8kJmoL

VLCO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)

△“6=—206.1kJmoI-1

回答下列問題：

⑴已知反應1、11的平衡常數(shù)K、任隨溫度的變化如圖1、圖2所示。

①由反應V和反應VI可知，A/7,=；反應I的AS(填或“V”)0。

②溫度小于800℃時,K]=0,原因是o

③為提高反應II中CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是

____________________________________________________________________(寫一條)。

④時，向密閉容器中充入1molCO(g)和3molH2O(g),只發(fā)生反應II,此時該反應的平

衡常數(shù)七=1,CO的平衡轉(zhuǎn)化率為