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熱點強化20　化學反應速率和化學平衡簡答題
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(轉化率)問題、安全問題、節能減排等角度作答(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，即主要是從反應速率與轉化率(化學平衡)兩個角度來分析。“快”就是提高反應速率，“好”就是提高轉化率，原料利用率高，而影響速率與轉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常考查的因素。
(2)從速率、轉化率、產率、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；針對平衡轉化率、產率時，可運用平衡移動原理解釋(其他條件不變的情況下，改變××條件，可逆反應平衡向××方向移動，導致××發生變化)；針對綜合生產效益時，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，環境保護，綠色化學等方面作答。
(3)選擇當前條件的優勢，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。
一、曲線上特殊點的分析
1．用(NH4)2CO3捕碳的反應：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)??2NH4HCO3(aq)。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CO2氣體，保持其他初始實驗條件不變，分別在不同溫度下，經過相同時間測得CO2氣體濃度，得到趨勢圖如圖。
(1)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正(d)。
(2)b、c、d三點的平衡常數Kb、Kc、Kd從大到小的順序為________________。
(3)T3～T4溫度區間，容器內CO2氣體濃度呈現增大的變化趨勢，其原因是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
2．[2020·天津，16(4)]用H2還原CO2可以在一定條件下合成CH3OH(不考慮副反應)：CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0。恒壓下，CO2和H2的起始物質的量之比為1∶3時，該反應在無分子篩膜時甲醇的平衡產率和有分子篩膜時甲醇的產率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出H2O。
①甲醇平衡產率隨溫度升高而降低的原因為________________________________________
______________________________________________________________________________。
②P點甲醇產率高于T點的原因為________________________________________________
______________________________________________________________________________。
③根據上圖，在此條件下采用該分子篩膜時的最佳反應溫度為____________℃。
(1)對于化學反應mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，M點前，表示從反應物開始，v正>v逆；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ΔH＜0。
(2)對于化學反應mA(g)＋nB(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的百分含量大于此壓強時平衡體系的A的百分含量，所以，E點：v正>v逆；則L線的右下方(如F點)：v正＜v逆。
二、曲線變化趨勢的分析
3．[2020·山東，18(3)]探究CH3OH合成反應化學平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)　ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH3
不同壓強下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，實驗測定CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率隨溫度的變化關系如圖所示。
已知：CO2的平衡轉化率＝×100%
CH3OH的平衡產率＝×100%
其中縱坐標表示CO2平衡轉化率的是圖________(填“甲”或“乙”)；壓強p1、p2、p3由大到小的順序為__________；圖乙中T1溫度時，三條曲線幾乎交于一點的原因是______________________________________________________________________________
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4．乙烯氣相水合反應的熱化學方程式為C2H4(g)＋H2O(g)??C2H5OH(g)　ΔH＝－45.5 kJ·mol－1，如圖是乙烯氣相水合法制乙醇中乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。圖中壓強(p1、p2、p3、p4)的大小順序為____________，理由是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
5．基于CuO/Cu2O載氧體的空氣反應器的反應為2Cu2O(s)＋O2(g)??4CuO(s)　ΔH＝－227 kJ·
mol－1。
往盛有CuO/Cu2O載氧體的剛性密閉容器中充入空氣[氧氣的物質的量分數x(O2)為21%]，發生反應。平衡時x(O2)隨反應溫度T變化的曲線如圖所示。
根據上圖，x(O2)隨溫度升高而增大的原因是________________________________________。
反應溫度必須控制在1 030 ℃以下，原因是________________________________________
______________________________________________________________________________。
6．汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx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轉化為N2的轉化率隨溫度變化情況如圖所示。
(1)在＝1條件下，最佳溫度應控制在______左右。
(2)若不使用CO，溫度超過775 K，發現NO的分解率降低，其可能的原因為______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)用平衡移動原理解釋為什么加入CO后NO轉化為N2的轉化率增大：_______________
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7．如圖是在一定時間內，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段呈現如圖變化的可能原因是_____________________________________________
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熱點強化20　化學反應速率和化學平衡簡答題
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(轉化率)問題、安全問題、節能減排等角度作答(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，即主要是從反應速率與轉化率(化學平衡)兩個角度來分析?！翱臁本褪翘岣叻磻俾剩昂谩本褪翘岣咿D化率，原料利用率高，而影響速率與轉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常考查的因素。
(2)從速率、轉化率、產率、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；針對平衡轉化率、產率時，可運用平衡移動原理解釋(其他條件不變的情況下，改變××條件，可逆反應平衡向××方向移動，導致××發生變化)；針對綜合生產效益時，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，環境保護，綠色化學等方面作答。
(3)選擇當前條件的優勢，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。
一、曲線上特殊點的分析
1．用(NH4)2CO3捕碳的反應：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)??2NH4HCO3(aq)。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CO2氣體，保持其他初始實驗條件不變，分別在不同溫度下，經過相同時間測得CO2氣體濃度，得到趨勢圖如圖。
(1)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正(d)。
(2)b、c、d三點的平衡常數Kb、Kc、Kd從大到小的順序為________。
(3)T3～T4溫度區間，容器內CO2氣體濃度呈現增大的變化趨勢，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)＜　(2)Kb＞Kc＞Kd　(3)T3～T4溫度區間，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v逆(c)＜v正(d)。(2)根據圖像，溫度為T3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CH3OH(不考慮副反應)：CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0。恒壓下，CO2和H2的起始物質的量之比為1∶3時，該反應在無分子篩膜時甲醇的平衡產率和有分子篩膜時甲醇的產率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出H2O。
①甲醇平衡產率隨溫度升高而降低的原因為_________________________________
________________________________________________________________________。
②P點甲醇產率高于T點的原因為_________________________________________
________________________________________________________________________。
③根據上圖，在此條件下采用該分子篩膜時的最佳反應溫度為____________℃。
答案?、僭摲磻獮榉艧岱磻?，溫度升高，平衡逆向移動(或平衡常數減小)　②分子篩膜從反應體系中不斷分離出H2O，有利于反應正向進行，甲醇產率升高?、?10
(1)對于化學反應mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，M點前，表示從反應物開始，v正>v逆；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ΔH＜0。
(2)對于化學反應mA(g)＋nB(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的百分含量大于此壓強時平衡體系的A的百分含量，所以，E點：v正>v逆；則L線的右下方(如F點)：v正＜v逆。
二、曲線變化趨勢的分析
3．[2020·山東，18(3)]探究CH3OH合成反應化學平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)　ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH3
不同壓強下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，實驗測定CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率隨溫度的變化關系如圖所示。
已知：CO2的平衡轉化率＝×100%
CH3OH的平衡產率＝×100%
其中縱坐標表示CO2平衡轉化率的是圖________(填“甲”或“乙”)；壓強p1、p2、p3由大到小的順序為__________；圖乙中T1溫度時，三條曲線幾乎交于一點的原因是
________________________________________________________________________。
答案　乙　p1＞p2＞p3　T1時以反應Ⅲ為主，反應Ⅲ前后氣體分子數相等，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，甲醇的平衡產率逐漸降低，因此圖甲的縱坐標表示的是甲醇的平衡產率，圖乙的縱坐標表示的是CO2的平衡轉化率。同溫度下，隨著壓強的增大，甲醇的平衡產率應增大，因此壓強由大到小的順序為p1＞p2＞p3。圖乙中，當升溫到T1時，CO2的平衡轉化率與壓強的大小無關，說明以反應Ⅲ為主，因為反應Ⅲ前后氣體分子數相等。
4．乙烯氣相水合反應的熱化學方程式為C2H4(g)＋H2O(g)??C2H5OH(g)　ΔH＝－45.5 kJ·mol－1，如圖是乙烯氣相水合法制乙醇中乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。圖中壓強(p1、p2、p3、p4)的大小順序為________，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　p4>p3>p2>p1　該反應正向是氣體分子數減小的反應，相同溫度下，壓強升高乙烯平衡轉化率升高
5.基于CuO/Cu2O載氧體的空氣反應器的反應為2Cu2O(s)＋O2(g)??4CuO(s)　ΔH＝－227 kJ·mol－1。
往盛有CuO/Cu2O載氧體的剛性密閉容器中充入空氣[氧氣的物質的量分數x(O2)為21%]，發生反應。平衡時x(O2)隨反應溫度T變化的曲線如圖所示。
根據上圖，x(O2)隨溫度升高而增大的原因是________________。反應溫度必須控制在1 030 ℃以下，原因是___________________________________________________________。
答案　反應為放熱反應，溫度升高平衡左移　溫度高于1 030 ℃時，x(O2)大于21%，載氧體無法載氧
6．汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx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轉化為N2的轉化率隨溫度變化情況如圖所示。
(1)在＝1條件下，最佳溫度應控制在______左右。
(2)若不使用CO，溫度超過775 K，發現NO的分解率降低，其可能的原因為________________________________________________________________________。
(3)用平衡移動原理解釋為什么加入CO后NO轉化為N2的轉化率增大：________
________________________________________________________________________。
答案　(1)870 K(860～880 K范圍內都可以)
(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的分解產物O2發生反應，促進NO分解平衡向生成N2的方向移動，導致NO的轉化率增大
7．如圖是在一定時間內，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段呈現如圖變化的可能原因是_________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　Mn　200 ℃　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
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