資源簡介

(共106張PPT)
主題3
反應原理與規律
微主題5　化學反應速率與化學平衡
內容索引
核心串講
體系建構
名卷優選
基礎回歸
檢測反饋
基 礎 回 歸
1 H2O2分解速率受多種因素影響。實驗測得70 ℃時不同條件下H2O2濃度隨時間的變化如圖所示。下列說法正確的是(　 　)
A. 圖甲表明，其他條件相同時，H2O2濃度越小，其分解速率越快
B. 圖乙表明，其他條件相同時，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C. 圖丙表明，少量Mn 2＋存在時，溶液堿性越強，H2O2分解速率越快
D. 圖丙和圖丁表明，堿性溶液中，Mn2＋對H2O2分解速率的影響大
甲
乙
丙
丁
D
【解析】 圖甲表明，其他條件相同時，H2O2濃度越大，其分解速率越快，A錯誤；圖乙表明，其他條件相同時，氫氧化鈉的濃度越大，即溶液的pH越大，H2O2分解速率越快，B錯誤；圖丙表明，少量Mn2＋存在時，在0.1 mol/L氫氧化鈉溶液作用下，H2O2分解速率最快，C錯誤；圖丙和圖丁表明，堿性溶液中，Mn2＋對H2O2分解速率的影響大，D正確。
2 已知反應6H2(g)＋2CO2(g)===CH2===CH2(g)＋4H2O(g)，一定條件下，溫度對CO2平衡轉化率和CO2實際轉化率的影響關系如圖所示。
(1) 相同溫度下，CO2實際轉化率為什么小于平衡轉化率？CO2實際轉化率受哪些因素影響？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
一定溫度下，反應沒有達到平衡，故實際轉化率小于平衡轉化率　實際轉化率主要由反應快慢和反應時間決定，即實際轉化率受溫度、濃度、催化劑等影響反應速率的因素影響，也和時間長短有關　
(2) 250 ℃時，CO2實際轉化率達到最高，反應______(填“已”或“未”)達到平衡。
(3) CO2實際轉化率隨溫度升高先升高后降低的原因是____________ ____________________________________________________________________________________________________________________。
(4) 反應為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(5) M、N點反應的K：KM______(填“>”“<”或“＝”)KN；100 ℃時，使該反應CO2轉化率達到X點可以采用的方法有________________ _________________________________________________________(任寫一種)。
未
前期轉化率增大是因為溫度升高和催化劑活性增強共同作用使反應速率增大；后期由于催化劑失活導致反應速率下降，使CO2轉化率降低
放熱
>
延長反應時間或適當增大H2的量或縮小容器容積或使用催化效率更高的催化劑
體 系 建 構
名 卷 優 選
考向1　化學反應速率與反應過程中的轉化率、選擇性
溫度高于70 ℃時，NaHCO3受熱分解，HCO濃度降低；氫氣溶解度減小；催化劑活性降低
【解析】 影響產品產率下降的因素有反應速率、副反應等。影響反應速率的因素有溫度、濃度、催化劑等。
2 [2023江蘇卷]V2O5-WO3/TiO2催化劑能催化NH3
脫除煙氣中NO，反應為4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)===
4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 632.4 kJ/mol。
(1) 催化劑的應用。將一定物質的量濃度的NO、
O2、NH3(其余為N2)氣體勻速通過裝有V2O5-WO3/TiO2
催化劑的反應器，測得NO的轉化率隨溫度的變化如圖所示。反應溫度在320～360 ℃內，NO轉化率隨溫度變化不明顯的原因是_______________ _____________________________________________________________________________________________________________；反應溫度高于380 ℃，NO轉化率下降，除因為進入反應器的NO被還原的量減少外，還有
_________________________________ (用化學方程式表示)。
在該溫度范圍內，催化劑的活性變化不大，消耗NO的反應速率與生成NO的反應速率隨溫度升高而增大，對NO轉化率的影響相互抵消
(2) 廢催化劑的回收。回收 V2O5-WO3/TiO2廢催化劑并制備NH4VO3的過程可表示如圖：
酸浸時，加料完成后，以一定速率攪拌反應。提高釩元素浸出率的方法還有______________________________。
提高反應溫度，延長浸出時間
【解析】 (1) 將氣體勻速通過裝有催化劑的反應器，應該從反應速率角度思考問題。開始隨溫度升高催化劑活性增強，反應速率加快；反應一段時間，催化劑的活性基本不再變化，但溫度繼續升高，主反應速率仍然增大，此時NO轉化率變化不明顯，故應考慮生成的NO和消耗的NO量基本相等，反應的逆反應或副反應均可以生成NO，所以得出消耗NO的反應速率與生成NO的反應速率隨溫度升高而增大，對NO轉化率的影響相互抵消。根據題意得出發生副反應使NO量增大，NH3和N2均可以與O2反應生成NO，但NH3與O2更容易反應，注意反應條件。(2) 提高浸出率的方法一般是指實際條件下(非平衡狀態)，此題是有限定條件的，限定了反應物和攪拌，故可通過升高溫度加快反應速率提高浸取率，同時還要特別注意時間因素，即延長浸取時間可以增大反應的量，提高浸出率。
溫度升高反應速率增
大，溫度升高催化劑的活性增強
考向2　多重平衡體系分析
5 [2022江蘇卷]乙醇－水催化重整可獲得H2。其主要反應如下：
C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)
ΔH＝＋173.3 kJ/mol
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)
ΔH＝＋41.2 kJ/mol
在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝
1∶3時，若僅考慮上述反應，平衡時CO2和CO
的選擇性及H2的產率隨溫度的變化如圖所示。
B
【解析】 根據選擇性定義，結合圖像易知①③是CO或CO2平衡的選擇性，②代表H2的平衡產率。300 ℃前，隨溫度升高，H2的產率增大，說明主要以反應①為主，含碳主要產物是CO2，所以①代表CO2的選擇性，300 ℃后，氫氣的產率降低，說明主要以反應②為主，消耗的氫氣增大更多，氫氣的產率減小，生成CO增多明顯，所以③代表CO的選擇性。由分析可知，A錯誤；根據分析，升高溫度，平衡時CO的選擇性增大，B正確；兩種物質參加反應，增大一種物質的濃度，會降低該物質的平衡轉化率，C錯誤；溫度一定選用高效催化劑不能改變平衡，即不能改變平衡時H2產率，D錯誤。
6 [2020江蘇卷改編]CH4與CO2重整生成H2和CO的過程中主要發生下列反應：
CH4(g)＋CO2(g)===2H2(g)＋2CO(g)
ΔH＝＋247.1 kJ/mol
H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g)
ΔH＝＋41.2 kJ/mol
在恒壓、反應物起始物質的量比n(CH4)∶
n(CO2)＝1∶1條件下，CH4和CO2的平衡轉化率
隨溫度變化的曲線如圖所示。
下列有關說法正確的是(　 　)
A.升高溫度、增大壓強均有利于提高CH4的平衡轉化率
B.曲線A表示CH4的平衡轉化率隨溫度的變化
C.相同條件下，改用高效催化劑能使曲線A和曲線B相重疊
D.恒壓、800 K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1條件下，反應至CH4轉化率達到X點的值，改變除溫度外的特定條件繼續反應，CH4轉化率能達到Y點的值
D
【解析】 甲烷和二氧化碳反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向(即正向)移動，甲烷轉化率增大，甲烷和二氧化碳反應是體積增大的反應，增大壓強，平衡逆向移動，甲烷轉化率減小，A錯誤；加入的CH4與CO2的物質的量相等，CO2消耗量大于CH4，因此CO2的平衡轉化率大于CH4，曲線B表示CH4的平衡轉化率隨溫度的變化，B錯誤；使用高效催化劑，只能提高反應速率，但不能改變平衡轉化率，C錯誤；800 K時，甲烷的轉化率為X點的值，可以通過增大二氧化碳的量繼續反應，甲烷的轉化率能達到Y點的值，D正確。
考向3　化學平衡和反應速率疊加
7 [2024江蘇卷]二氧化碳加氫制甲醇的過程中的主要反應(忽略其他副反應)如下：
①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41.2 kJ/mol
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下，將一定比例CO2、H2混合氣勻速通過裝有催化劑的絕熱反應管。裝置及L1、L2、L3…位點處(相鄰位點距離相同)的氣體溫度、CO和CH3OH的體積分數如圖所示。
(容器內與外界沒有熱量交換)
下列說法正確的是(　 　)
A. L4處與L5處反應①的平衡常數K相等
B.反應②的焓變ΔH2>0
C. L6處的H2O的體積分數大于L5處
D.混合氣從起始到通過L1處，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
C
【解析】 L4處與L5處的溫度不同，故反應①的平衡常數K不相等，A錯誤；反應初始溫度是225 ℃，由圖可知，絕熱裝置中氣體溫度高于225 ℃，說明反應過程中有熱量放出，已知反應①是吸熱反應，故反應②為放熱反應，ΔH2<0，B錯誤；由圖可知，L6處的CH3OH的體積分數大于L5處，但CO體積分數沒有明顯變化，說明L5～L6反應①②均正向進行，n(H2O)增大，n總(氣體)減小，故L6處的 H2O的體積分數大于L5處，C正確；由圖可知，L1處CO 的體積分數大于 CH3OH，說明n(CO)>n(CH3OH)，則CO的生成速率大于CH3OH的生成速率，D錯誤。
8 [2023江蘇卷]二氧化碳加氫制甲烷過程
中的主要反應如下：
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－164.7 kJ/mol
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)
ΔH＝＋41.2 kJ/mol
下列說法正確的是(　 　)
D
【解析】 根據蓋斯定律，上式－下式×2即該反應，焓變應為 －247.1 kJ/mol，A錯誤；隨溫度升高，生成甲烷的反應正向進行程度減小，生成CO的反應正向進行程度增大，故CH4的平衡選擇性隨溫度升高而減小，B錯誤；由于甲烷平衡選擇性隨溫度升高而減小，適宜較低溫度，結合CO2實際轉化率分析，生成甲烷的適宜溫度為350～400 ℃，C錯誤；450 ℃時，改變投料比或改變壓強，平衡轉化率可超過原平衡點而達到X點的值，D正確。
①含鐵濾渣的主要成分為____________
(填化學式)。
②浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原
因是__________________________________ ______________________________________
______________________________________。
考向4　化學反應速率與化學平衡綜合
9 [2024江蘇卷]回收磁性合金釹鐵硼(Nd2Fe14B)可制備半導體材料鐵酸鉍和光學材料氧化釹。
Fe2O3
浸出初期，c(H＋)較大，鐵的浸出率較大，約5 min后，溶液酸性減弱，Fe3＋水解生成Fe(OH)3進入濾渣
10 [2023江蘇卷]合成尿素[CO(NH2)2]是利用CO2的途徑之一。尿素合成主要通過下列反應實現：
反應Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)===NH2COONH4(l)
反應Ⅱ：NH2COONH4(l)===CO(NH2)2(l)＋H2O(l)
(1) 密閉體系中反應Ⅰ的平衡常數K與溫度的關系如圖，反應Ⅰ的ΔH______(填“＝”“>”或“<”)0。
<
(2) 反應體系中除發生反應Ⅰ、反應Ⅱ外，還發生尿素水解、尿素縮合生成縮二脲[(NH2CO)2NH]和尿素轉化為氰酸銨(NH4OCN)等副反應。尿素生產中實際投入NH3和CO2的物質的量之比為n(NH3)∶n(CO2)＝4∶1，其實際投料比值遠大于理論值的原因是_______________________ ________________________________________。
抑制尿素水解，抑制尿
素縮合生成縮二脲，提高CO2的轉化率
【解析】 (1) 由圖可知，隨著溫度的升高，反應Ⅰ的lgK減小，即K隨著溫度的升高而減小，說明反應Ⅰ是放熱反應，ΔH<0。(2) 尿素水解的化學方程式為CO(NH2)2＋H2O===CO2↑＋2NH3↑，尿素縮合生成縮二脲的化學方程式為2CO(NH2)2===(NH2CO)2NH＋NH3↑，尿素轉化為氰酸銨(NH4OCN)的化學方程式為CO(NH2)2===NH4OCN，前2個副反應中均生成NH3，尿素生產中實際投入的n(NH3)∶n(CO2)＝4∶1，實際投料比值遠大于理論值的原因是抑制尿素水解，抑制尿素縮合生成縮二脲，提高CO(NH2)2的產率，氨氣與二氧化碳的投料比越大，二氧化碳的轉化率越高。
11 [2021江蘇卷]甲烷是重要的資源，通過下列過程可實現由甲烷到氫氣的轉化。
(1) 500 ℃時，CH4與H2O重整主要發生下列反應：
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＝－178.8 kJ/mol。
向重整反應體系中加入適量多孔CaO，其優點是________________ ________________________。
吸收CO2，提高
H2的產率，提供熱量
(2) CH4與CO2重整的主要反應如下：
反應Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　
ΔH1＝＋246.5 kJ/mol
反應Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)　
ΔH2＝＋41.2 kJ/mol
反應Ⅲ：2CO(g)===CO2(g)＋C(s)
ΔH3＝－172.5 kJ/mol
反應Ⅰ和反應Ⅱ的ΔH＞0，高溫下反應的平衡常數大(反應正向進行程度大)，CO2的消耗量多，反應Ⅲ的ΔH＜0，高溫下反應的平衡常數小(反應正向進行程度小)，CO2的生成量少
考向1　化學反應速率與反應過程中的轉化率、選擇性
1 (1) [2024蘇州學業質量調研]尿素在結晶過程中主要副反應是尿素發生脫氨反應。其反應歷程如下：
反應1：CO(NH2)2(l)===HNCO(g)＋NH3(g)(快反應)
反應2：HNCO(g)＋CO(NH2)2(l)===(H2NCO)2NH(l)(慢反應)
在尿素結晶過程中，反應1可視為處于平衡狀態。實驗表明，在合成尿素的體系中，NH3的濃度越高，縮二脲生成速率越慢，其原因是________________________________________________________________________________________________。
反應1處于平衡狀態，NH3濃度越高，則HNCO濃度越低，反應2速率減慢，故生成縮二脲速率越慢
(2) [2024南通、泰州等八市三模] 將廢舊鋰離子電池(外殼為鐵，電芯含鋁)置于不同濃度的Na2S和NaCl溶液中使電池充分放電是電池回收工藝的首要步驟。電池在不同溶液中放電的殘余電壓隨時間的變化如圖1所示。對浸泡液中沉淀物熱處理后，得到XRD示意圖譜如圖2所示。
圖1
圖2
①電池在5% Na2S溶液中比在5%NaCl溶液中放電速率更大，其原因是___________________________________________________________ ________________________________。
②與Na2S溶液相比，NaCl溶液的溶質質量分數由5%增大至10%時，電池殘余電壓降低速率更快。依據圖2 XRD圖譜，分析其主要原因：___________________________________________________________ _____________。
等質量分數的Na2S溶液中離子濃度更大、離子所帶電荷更多； S2－、HS－還原性比Cl－強
NaCl質量分數由5%增大為10%時，對電池外殼和電芯的腐蝕速率加快
【解析】 (2) ①廢舊鋰離子電池的外殼為鐵，電芯含鋁，分別置于不同濃度的Na2S和NaCl溶液中使電池充分放電，由圖1知，同種電解質溶液的物質的量濃度越大，電池放電速率快，說明電池放電快慢與離子濃度大小有關，與NaCl溶液相比，相同質量分數的Na2S溶液的離子濃度更大，離子所帶電荷數更多，電池放電速率快；由圖2知，放電過程中，Na2S溶液中有S生成，也會加快鐵、鋁放電，故電池放電速率更快的原因還應包括：S2－、HS－的還原性比Cl－的強。②圖2所示的XRD(X射線衍射)圖譜中，顯示含有Fe2O3、Al2O3，而廢舊鋰離子電池的外殼為鐵，電芯含鋁，故猜測NaCl溶質質量分數由5%增大為10%時，電池殘余電壓降低速率更快的主要原因是電池外殼和電芯發生腐蝕速率加快。
2 [2024南京調研]“碳達峰、碳中和”是我國社會發展重大戰略之一。CH4與CO2經催化重整可制得CO和H2，相關反應如下：
主反應：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH
副反應：
Ⅰ. H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g)　ΔH1
Ⅱ. 2CO(g)===CO2(g)＋C(s)　ΔH2
Ⅲ. CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH3
Ⅳ. CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(g)　ΔH4
其中，副反應Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ形成的積碳易導致催化劑活性降低。
圖1
①CH4的轉化率在800 ℃時遠大于400
℃時的原因是_________________________ _____________________________________。
②400～600 ℃時，R值的變化情況為
______________________。
③1 000 ℃時R值為__________(寫出計算過程)。
升高溫度，化學反應速率加快；催化劑活性增強；發生副反應Ⅲ
R隨溫度升高而減小
1.8
(2) CH4在Pt－Ni合金或Sn－Ni合金催化下脫氫反應歷程與相對能量關系如圖2所示(*表示吸附在催化劑表面的物質)。從化學反應速率角度分析，脫氫反應選擇的催化劑為________________(填“Pt－Ni 合金”或“Sn－Ni合金”)，理由是______________________________________ ________________________________________。
圖2
Pt-Ni合金
Pt-Ni合金作催化劑時，反應歷程中基元反應的活化能都較小，化學反應速率更快
【解析】 (1) ①首先要明確該實驗測得數據時的反應均未達到平衡狀態，故CH4的轉化率在800 ℃時遠大于400 ℃時的原因是800 ℃時CH4的平均反應速率更大，具體原因可能是800 ℃時溫度高，促進活化分子有效碰撞、催化劑活性增強、發生副反應Ⅲ。②由圖1可知，溫度低于600 ℃時，隨溫度升高，CH4的轉化率增幅比CO2的大，故此溫度范圍內R值減小。(2) 化學反應的決速步驟是基元反應活化能最高的一步。由圖2知，Pt-Ni合金作催化劑時，基元反應活化能普遍偏低，反應速率較快。
考向2　多重平衡體系分析
3 [2024鹽城考前模擬]CO2催化加氫合成
CH3OH能實現碳的循環利用。一定壓強下，1
mol CO2與3 mol H2在密閉容器中發生的主要
反應如下：
反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋
H2O(g)　ΔH1
反應Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2
下列說法不正確的是(　 　)
A.該測定實驗體系未達到化學平衡狀態
B.相同條件下，壓縮容器容積能提高CO2轉化率的實驗值
C.相同溫度下，CH3OH選擇性的實驗值大于平衡值，說明反應Ⅰ的速率大于反應Ⅱ
D.260～280 ℃，CO2轉化率平衡值隨溫度升高而增大，說明隨溫度升高反應Ⅰ平衡正向移動的程度大于反應Ⅱ平衡逆向移動的程度
D
【解析】 平衡值與實驗值不重合，顯然該測定實驗體系未達到化學平衡狀態，A正確；相同條件下，壓縮容器容積能加快CO2的反應速率，CO2轉化率的實驗值增大，B正確；相同溫度下，不考慮其他副反應，反應時間足夠長，CH3OH選擇性的實驗值應等于平衡值，但CH3OH選擇性的實驗值大于平衡值，說明反應Ⅰ的速率大于反應Ⅱ，C正確；260～280 ℃內，CH3OH的平衡選擇性降低，說明反應Ⅰ的進行程度減小，反應Ⅱ的進行程度增大，故CO2轉化率平衡值隨溫度升高而增大，說明隨溫度升高反應Ⅱ平衡正向移動的程度大于反應Ⅰ平衡逆向移動的程度，D錯誤。
4 [2024鹽城考前模擬]二氧化碳加氫制甲烷過程中的主要反應如下：
下列說法正確的是(　 　)
D
【解析】 依據蓋斯定律，反應Ⅰ－2×反應Ⅱ可得目標熱化學方程式，ΔH＝(－164.7－2×41.2)kJ/mol＝－247.1 kJ/mol，A錯誤；300 ℃以前，CO的體積分數為0，即只發生反應Ⅰ，CO2和H2按物質的量之比為1∶1投料，平衡時CH4的體積分數小于CO2，故曲線①表示平衡時CO2的體積分數隨溫度的變化，曲線②表示平衡時CH4的體積分數隨溫度的變化，B錯誤；其他條件不變，使用高效催化劑不能提高平衡時甲烷的產率，C錯誤；溫度在200～300 ℃時，只發生反應Ⅰ，設CO2、H2的物質的量均為1 mol，平衡時CO2轉化了x mol，列三段式：
考向3　化學平衡和反應速率疊加
5 [2024南通、泰州等八市三模] CH3OH是一種液體燃料。利用CO2和H2合成CH3OH的主要反應為
反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH
(g)＋H2O(g) ΔH1＝－58 kJ/mol
反應Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)
＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ/mol
在密閉容器中，1.01×105 Pa，n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶2 時，CO2平衡轉化率、在催化劑作用下反應t min所測得的CO2實際轉化率及CH3OH的選擇性隨溫度的變化如圖所示。
B
【解析】 由圖可知，0～t min內，CH3OH的選擇性：240 ℃> 280 ℃，CO2的實際轉化率：240 ℃>280 ℃，故反應Ⅰ的速率：240 ℃>280 ℃，A正確；根據化學方程式知，CO2平衡轉化率與H2O的平衡產率變化趨勢基本一致，故從220～280 ℃，H2O的平衡產率先減小后緩慢增大，B錯誤；由圖可知，280 ℃時CO2平衡轉化率為40%，若在此基礎上增大壓強，則反應Ⅰ的平衡會正向移動，反應Ⅱ受反應Ⅰ影響會逆向移動，反應Ⅰ消耗CO2，反應Ⅱ產生CO2，兩個反應進行的程度未知，故CO2的轉化率有可能大于40%，C正確；反應Ⅰ是放熱反應，高溫不利于反應Ⅰ正向進行，CH3OH的產率低，雖然低溫下反應正向進行程度大，但是反應速率慢，故需研發低溫下CO2轉化率高和CH3OH選擇性高的催化劑，D正確。
6 [2024南京二模]利用管狀透氧膜反應器實現乙醇－水重整制氫，具有無需額外熱源、氧氣可協助消除積碳等優點。其主要反應如下：
反應Ⅰ：C2H5OH(g)＋H2O(g)===2CO(g)＋4H2(g)　ΔH1＝＋256 kJ/mol
反應Ⅱ：2C2H5OH(g)＋3O2(g)===4CO2(g)＋6H2(g)　ΔH2＝－1 107 kJ/mol
反應Ⅲ：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41 kJ/mol
反應Ⅳ：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH4
B
考向4　化學反應速率與化學平衡綜合
7 [2024蘇錫常鎮二調]丙烷脫氫制丙烯是較為理想的丙烯生產渠道。
(1) 丙烷直接催化脫氫
在Pd－C2N催化劑作用下，丙烷直接脫氫制丙烯反應歷程中的相對能量變化如圖1所示(*表示催化劑表面吸附位點，如*C3H8表示吸附在催化劑表面的C3H8)。
圖1
①丙烷直接催化脫氫制丙烯反應C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)的ΔH＝___________kJ/mol。
②該反應歷程共分五步，其中速率控制步驟為第______________步。
③研究表明，實際生產中除使用Pd－C2N催化劑外，還需控制反應溫度在480 ℃。選擇溫度為480 ℃的原因是_________________________ ____________________________________。
＋123.21
四(或4)
該溫度下催化劑的活性較
高，反應速率較快，丙烯的產率較高
圖2
①隨著反應的進行，4 h前A組分原料氣中C3H8轉化率和C3H6選擇性均有所提升，且在反應床出口檢測到CO。研究表明，CO2氧化丙烷脫氫經歷了以下兩個反應：
8 [2024鹽城考前模擬]氫能是應用前景廣闊的新能源。
(2) 釋氫。MgH2可通過熱分解和水解兩種方法制得H2。相較于熱分解，從物質轉化和能量利用的角度分析，MgH2水解釋氫方法的優點有_____________________________________________________________。
提高N2在合成氣中的比例，增大N2在催化劑表面的吸附活化總量，加快反應速率；有利于提高H2的轉化率，同時提高儲氫率
等量的MgH2水解比熱分解產生的氫氣多，同時不需要消耗大量熱能
(3) 儲氫物質NH3的運用。NH3常用于煙氣(主要成分NO、NO2)脫硝。以N2為載氣，將含一定量NO、NH3及O2的模擬煙氣以一定流速通過裝有催化劑CeO2的反應管，研究溫度、SO2(g)、H2O(g)對脫硝反應的影響。
①如圖1所示，溫度高于350 ℃時，NO轉化率下降，推測原因是________________________________________________________________________。
圖1
溫度升高，催化劑的活性下降；NH3和O2反應生成NO；還原劑NH3的量減少
②如圖2所示，溫度高于350 ℃時，和不含水蒸氣的煙氣相比，含10%水蒸氣的煙氣的NO轉化率更高，其原因是____________________ ____________________________________________________________________________________________________。
圖2
在350 ℃以上含10%水蒸氣的煙氣中，水蒸氣的存在抑制了NH3和O2生成NO的反應，更多的NH3和NO反應，提高NO轉化率
③實驗證明，煙氣中含SO2會導致催化劑不可逆的中毒(Ce4＋氧化SO2生成SO覆蓋在生成的Ce3＋表面，阻止了O2氧化Ce3＋)。而添加CuO后抗硫能力顯著增強，請結合圖3機理，說明抗硫能力增強的原因：____________________________________________________________________________。
圖3
核 心 串 講
核心1　影響化學平衡的外界因素分析
條件的改變(其他條件不變) 化學平衡的移動
濃度 增大反應物濃度或減小生成物濃度 向正反應方向移動
減小反應物濃度或增大生成物濃度 向逆反應方向移動
壓強(對有氣體存在的反應) 反應前后氣體分子數改變 增大壓強 向氣體分子數減小的方向移動
減小壓強 向氣體分子數增大的方向移動
反應前后氣體分子數不變 改變壓強 平衡不移動
條件的改變(其他條件不變) 化學平衡的移動
溫度 升高溫度 向吸熱反應方向移動
降低溫度 向放熱反應方向移動
催化劑 使用催化劑 平衡不移動
(1) 恒壓條件下充入“惰性氣體”，同等程度地改變反應混合物中各氣體物質的濃度時(如稀釋)，視為減小壓強。
(2) 同時改變反應物和產物，則需要通過濃度商(Q)和平衡常數K比較判斷。
平衡正向移動：Q＜K；達到平衡狀態：Q＝K；平衡逆向移動：Q＞K。
核心2　溫度、催化劑等反應條件之間競爭，對轉化率等產生影響
1 pH的改變對反應物轉化率的影響
溶液中pH的變化直接影響溶液中H＋和OH－濃度的變化，然后通過具體反應影響反應速率和平衡，如弱酸的酸根離子與H＋反應，金屬離子與OH－反應等。
①pH越大，溶液中H＋濃度________(填“減小”或“增大”，下同)，OH－濃度________。
②由溶液中H＋濃度和OH－濃度變化引發的反應，根據情境推斷變化：
a. 納米FeS顆粒表面帶正電荷，OH－濃度增大會競爭吸附，導致含鉻微粒吸附量變少。
減小
增大
低于
③綜合分析完成答案：______________________________________ _____________________________________________________________________________________________。
FeS溶解量變少，
溶液中Fe2＋和HS－濃度降低
2 溫度、濃度對去除率的影響
例2 在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的
條件下，催化反應相同時間，測得不同溫度下
NO轉化為NO2的轉化率如圖中實線所示(圖中
虛線表示相同條件下NO的平衡轉化率隨溫度
的變化)。
250 ℃前NO的轉化率隨溫度升高而升高的原因是________________ _____________________________________________________________。
250 ℃后NO的轉化率隨溫度升高而降低的原因是________________ ____________________________________________________________。
250 ℃時反應為非平衡狀態，則從反應速率角度理解，即250 ℃前NO的轉化率隨溫度升高而升高的原因：催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使反應速率增大；250 ℃后，兩條曲線沒有立即重疊，故既要討論非平衡點又要討論平衡點，則250 ℃后NO的轉化率隨溫度升高而降低的原因：催化劑活性下降，反應速率減小；反應的ΔH<0，溫度升高使NOx的平衡轉化率降低(或溫度升高使反應正向進行程度減小)。
總結　①條件變化對反應物轉化率的影響，需弄清：是討論反應速率還是討論平衡；
②轉化率(或去除率)受多個因素影響；
③先分析每個因素對轉化率的影響(一般是相反的影響)；
④再根據結論推斷哪個因素對反應起決定作用，還是共同作用。
核心3　有關多重平衡及選擇性的問題
在多重平衡中，幾個可逆反應是相互影響的。
(1) 若主反應的生成物又與主反應的某一反應物發生另一個可逆反應，則該反應物的平衡轉化率就會增大。
(2) 在一定溫度下，特定的混合體系，多重平衡選擇性為定值，催化劑不能提高某一物質的平衡轉化率，也不能提高某一物質的平衡選擇性。
(3) 若在同一條件下，兩種物質同時可以發生幾個可逆反應，則溫度、濃度、催化劑等的選用就可以通過改變某一個反應的速率，從而使該反應的選擇性提高或降低。
(4) 多重平衡體系中，若兩種物質的選擇性之和等于100%，則二者的選擇性變化曲線呈鏡像對稱，反之亦成立。
①上圖實際是兩個圖的疊加。圖中縱坐標的轉化率不是平衡轉化率。NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的三個反應均為放熱反應。達到平衡之前，升高溫度，NH3的轉化率增大。當達到平衡之后，升高溫度，反應正向進行的程度減小，NH3的平衡轉化率減小。
②由圖可知，其他條件不變，在175～300 ℃內，隨溫度的升高，N2的選擇性減小。
③由圖可知，低溫下NH3的轉化率較低，N2的選擇性較高。若要高效除去尾氣中的NH3，則需研發低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑。
檢 測 反 饋
2
4
1
3
1 [2024鹽城、南京期末]乙醇－水催化重整可獲得H2。其主要反應如下：
①C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)　
ΔH1＝＋173.3 kJ/mol
②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)
ΔH2＝＋41.2 kJ/mol
③CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)
ΔH3＝－164.7 kJ/mol
2
4
1
3
2
4
1
3
下列說法正確的是(　 　)
D
2
4
1
3
2
4
1
3
2 [2023蘇錫常鎮二調]用H3COOCCOOCH3(草酸二甲酯)和氫氣為原料制備乙二醇的反應原理如下：
2
4
1
3
A.曲線Ⅰ表示乙二醇的選擇性隨溫度的變化
B.其他條件不變，增大壓強或升高溫度，草酸二甲酯的平衡轉化率均增大
C.其他條件不變，在190～195 ℃內，隨著溫度升高，出口處乙醇酸甲酯的量不斷減小
D
2
4
1
3
2
4
3
1
2
4
3
1
在913 K、100 kPa下，將質量比為1∶1.3的水蒸氣和乙苯在催化劑作用下反應，測得乙苯的轉化率和苯乙烯、苯、甲苯的選擇性與時間的關系如圖所示。
2
4
3
1
下列說法不正確的是(　 　)
A.曲線a表示乙苯的轉化率
B.t1～t4時，所得H2的物質的量逐漸減少
C.其他條件不變，增大水蒸氣與乙苯的質量比，可以提高乙苯的平衡轉化率
D.t1～t4時，苯乙烯選擇性下降的原因之一是反應Ⅰ生成的H2促進了反應Ⅲ的進行
B
2
4
3
【解析】 苯乙烯是主反應產物，選擇性最大，隨著反應的進行，主反應生成的氫氣促使副反應Ⅲ正向移動，使得甲苯的選擇性增大，乙苯轉化率增大，曲線a表示乙苯的轉化率，b為甲苯選擇性，A正確；反應Ⅰ生成氫氣，反應Ⅲ消耗氫氣，反應Ⅰ生成的氫氣用于反應Ⅲ，氫氣的物質的量應先增大，而不是一直減小，B錯誤；增大水蒸氣和乙苯的質量比，充入的水蒸氣更多，由于是恒壓體系，相當于減小了乙苯的分壓，有利于反應Ⅰ、Ⅱ正向進行，可以提高乙苯的平衡轉化率，C正確；反應Ⅰ生成的氫氣促進了反應Ⅲ正向進行，從而降低了苯乙烯的選擇性，D正確。
1
2
4
3
1
4 [2024南通如皋適應性考試二]沸石分子篩的結構為相鄰的硅氧四面體和鋁氧四面體相互連接形成的籠狀結構，沸石分子篩的結構示意圖及部分平面結構分別如圖1、2所示。沸石分子篩中存在一定大小的空隙，其中的Na＋可與其他陽離子發生交換。
圖1
圖2
圖3
2
4
3
1
沸石分子篩對Cu2＋去除率隨溶液pH的關系如圖3所示。pH越大，Cu2＋去除率越高的原因是________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________。
H＋與Cu2＋均可與沸石分子篩中的Na＋進行交換，pH較小時，H＋濃度較高，與Na＋交換的Cu2＋變少；隨著pH升高，溶液中的Cu2＋會生成Cu(OH)2沉淀，Cu2＋去除率增大
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