届高三化学专题复习《化学平衡陌生图象的分析突破》文档格式.docx

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【典例2】采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu

Mn合金）,利用CO和H2制备二甲醚（DME）。

主反应:

2CO（g）+4H2（g）

CH3OCH3（g）+H2O（g）

副反应:

CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g）

CO（g）+2H2（g）

CH3OH（g）

测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。

则催化剂中n（Mn）/n（Cu）约为　　　　时最有利于二甲醚的合成。

由图可知当催化剂中n（Mn）/n（Cu）约为2.0时,CO的转化率最大,生成的二甲醚最多。

2.0

3.废物回收及污染处理图象

【典例3】

（1）一定条件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气回收。

反应为

2CO（g）+SO2（g）

2CO2（g）+S（l）

ΔH=-270kJ·

mol-1

①其他条件相同、催化剂不同,SO2的转化率随反应温度的变化如图1,Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高,不考虑催化剂价格因素,选择Fe2O3的主要优点是 

　。

②某科研小组用Fe2O3作催化剂。

在380℃时,分别研究了[n（CO）∶n（SO2）]为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况（图2）。

则图2中表示n（CO）∶n（SO2）=3∶1的变化曲线为　　　　。

（2）目前,科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝（NO）原理,其脱硝机理示意图如图3,脱硝率与温度、负载率（分子筛中催化剂的质量分数）的关系如图4所示。

①写出该脱硝原理总反应的化学方程式:

②为达到最佳脱硝效果,应采取的条件是 

（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。

某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图5所示。

若不使用CO,温度超过775K,发现NO的分解率降低,其可能的原因是 

　;

在n（NO）/n（CO）=1的条件下,应控制的最佳温度在　　左右。

（1）①NiO与Fe2O3相比,Fe2O3能在较低的温度获得较高的SO2转化率,从而节约能源;

②n（CO）∶n（SO2）越大,SO2的转化率越高,故表示n（CO）∶n（SO2）=3∶1的变化曲线为a。

（2）①由图3知,总反应的反应物为O2、NO和C2H4,生成物为H2O、CO2和N2,Cu+为催化剂;

②达到最佳脱硝效果,应选择脱硝率最大的点,结合图4,则选择的条件是:

负载率3.0%、350℃。

（3）若不使用CO,结合NO的分解反应是放热反应,则升高温度不利于NO的分解;

在n（NO）/n（CO）=1的条件下,应分析

和

两条曲线,由图5知,在870K左右时,NO转化为N2的转化率已接近100%,再升高温度得不偿失。

（1）①Fe2O3作催化剂时,在相对较低温度可获得较高的SO2转化率,从而节约能源　②a

（2）①6NO+3O2+2C2H4

3N2+4CO2+4H2O

②350℃、负载率3.0%

（3）NO分解反应是放热反应,升高温度不利于反应进行　870K

【专题突破】

1.在20L的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,发生:

CH3OH（g）　ΔH。

测得CO的转化率随温度的变化及不同压强下CO转化率的变化、p2和195℃时n（H2）随时间的变化结果如图表所示。

下列说法正确的是（　C　）

A.0～3min,平均速率v（CH3OH）=0.8mol·

L-1·

min-1

B.p1<

p2,ΔH>

C.在p2和195℃时,该反应的平衡常数为25

D.在B点时,v正>

v逆

0～3min,Δn（H2）=4mol,Δc（H2）=

=0.2mol·

L-1,v（H2）=

mol·

min-1,则v（CH3OH）=0.033mol·

min-1,A错误;

由任意一条曲线知,随温度升高,CO转化率减小,故ΔH<

0,由于增大压强时,平衡右移,故p1<

p2,B错误;

达到平衡时,CO、H2、CH3OH的平衡浓度为0.1mol·

L-1、0.2mol·

L-1、0.1mol·

L-1,

=

=25,C正确;

从B到A点,CO转化率需减小,故v正<

v逆,D错误。

2.煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢,发生的主要反应为C（s）+2H2（g）

CH4（g）。

在VL的容器中投入amol碳（足量）,同时通入2amolH2,控制条件使其发生上述反应,实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。

下列说法正确的是（　A　）

A.上述正反应为吸热反应

B.在4MPa、1200K时,图中X点v正（H2）<

v逆（H2）

C.在5MPa、800K时,该反应的平衡常数为

D.工业上维持6MPa、1000K而不采用10MPa、1000K,主要是因为前者碳的转化率高

由图观察,温度越高碳的平衡转化率越大,平衡正向移动,正反应为吸热反应,A正确;

X点未达平衡,反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,B错误;

5MPa、800K时碳转化率为50%

　　　　　　C（s）+2H2（g）

CH4（g）

起始量/mola2a

转化量/mol0.5aa0.5a

平衡量/mol0.5aa0.5a

K=

C错误;

选择该条件的原因是两者转化率相差不大,但压强增大对设备要求高,D错误。

3.合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能,在配合氢能的开发中起着重要作用。

（1）一定温度下,某贮氢合金（M）的贮氢过程如图所示,纵轴为平衡时氢气的压强（p）,横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比（H/M）。

在OA段,氢溶解于M中形成固溶体MHx,随着氢气压强的增大,H/M逐渐增大;

在AB段,MHx与氢气发生氢化反应生成氢化物MHy,氢化反应方程式为zMHx（s）+H2（g）

zMHy（s）　ΔH1（Ⅰ）;

在B点,氢化反应结束,进一步增大氢气压强,H/M几乎不变。

反应（Ⅰ）中z=　　　　（用含x和y的代数式表示）。

温度为T1时,2g某合金4min内吸收氢气240mL,吸氢速率v=　　　　　　　mL·

g-1·

min-1。

反应（Ⅰ）的焓变ΔH1　　　　（填“>

”“<

”或“=”）0。

（2）η表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量占其总吸氢量的比例,则温度为T1、T2时,η（T1）　　（填“>

”或“=”）η（T2）。

当反应（Ⅰ）处于图中a点时,保持温度不变,向恒容体系中通入少量氢气,达到平衡后反应（Ⅰ）可能处于图中的　　　　（填“b”“c”或“d”）点,该贮氢合金可通过　　　　或　　　　的方式释放氢气。

（3）贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应,温度为T时,该反应的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

已知温度为T时:

CH4（g）+2H2O（g）

CO2（g）+4H2（g）ΔH=+165kJ·

mol-1 

CO2（g）+H2（g）　ΔH=-41kJ·

（1）根据H原子守恒得zx+2=zy,则z=

。

由题中所给数据可知吸氢速率v=

=30mL·

由图象可知,T1<

T2,且T2时氢气的压强大,说明升高温度平衡向生成氢气的方向移动,逆反应为吸热反应,所以正反应为放热反应,故ΔH1<

0。

（2）由图象可知,固定横坐标不变,即氢原子与金属原子个数比相同时,T2时氢气的压强大,说明吸氢能力弱,故η（T1）>

η（T2）。

当反应（Ⅰ）处于图中a点时,保持温度不变,向恒容体系中通入少量氢气,H2浓度增大,平衡正向移动,一段时间后再次达到平衡,此时H/M增大,故可能处于图中的c点。

由氢化反应方程式及图象可知,这是一个放热的气体体积减小的反应,根据平衡移动原理,要使平衡向左移动释放H2,可改变的条件是升温或减压。

（3）CO、H2合成CH4的反应为CO（g）+3H2（g）

CH4（g）+H2O（g）　ΔH,将已知的两个热化学方程式依次编号为①、②,②-①即得所求的反应,根据盖斯定律有ΔH=-41kJ·

mol-1-（+165kJ·

mol-1）=-206kJ·

mol-1。

（1）

　30　<

（2）>

　c　加热　减压

（3）CO（g）+3H2（g）

CH4（g）+H2O（g）　ΔH=-206kJ·

4.（2018·

温州六校联考）乙炔是一种重要的化工原料,由裂解气（H2、CH4、C2H4）与煤粉在催化剂条件下制乙炔,该生产过程是目前清洁高效的煤化工过程。

已知:

发生的部分反应如下（在298K、101kPa时）,CH4、C2H4在高温条件还会分解生成炭与氢气:

①C（s）+2H2（g）

CH4（g）　ΔH1=-74.85kJ·

②2CH4（g）

C2H4（g）+2H2（g）　ΔH2=340.93kJ·

③C2H4（g）

C2H2（g）+H2（g）　ΔH3=35.50kJ·

请回答:

（1）依据上述反应,请写出C与H2化合生成C2H2的热化学方程式:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）若以乙烯和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂）,出口气中含有乙烯、乙炔、氢气等。

图1为乙炔产率与进料气中n（氢气）/n（乙烯）的关系。

图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是 

（3）图2为上述诸反应达到平衡时各气体体积分数和反应温度的关系曲线。

①乙炔体积分数在1530K之前随温度升高而增大的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;

1530K之后,乙炔体积分数增加不明显的主要原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

②在体积为1L的密闭容器中反应,1530K时测得气体的总物质的量为1.000mol,则反应C2H4（g）

C2H2（g）+H2（g）的平衡常数K=　　　　　。

③请在图3中绘制乙烯的体积分数和反应温度的关系曲线。

（1）根据盖斯定律:

①×

2+②+③整理得2C（s）+H2（g）

C2H2（g）　ΔH1=226.73kJ·

（2）根据题给信息,结合图象分析可知,刚开始充入氢气是为活化催化剂,故稍增大氢气的量能让乙炔产率增大,原料中过量H2会使反应③平衡逆向移动,所以乙炔产率下降。

（3）①上述三个反应中,只有②③两个反应为吸热反应,升高温度,平衡右移,有利于乙炔的生成;

但是温度太高,针对于①反应来说,平衡左移,有更多的甲烷分解为碳,甲烷的量较少,