2024届高考化学一轮复习教案 41 第七章 第37讲 工业生产中的速率、平衡图像

第37讲　工业生产中的速率、平衡图像
[课程标准]　1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。2.针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快，又不能过慢
从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性
从原料利用率分析 增加廉价易得原料，提高高价难得原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制
2.平衡类问题需考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)参加反应的物质的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
类型一　转化率—投料比图像
INCLUDEPICTURE "例1.TIF" INCLUDEPICTURE "D:\\2024《金版新学案》高三总复习 新教材 化学 人教版（双选）B\\图片\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET (1)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。
(2)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见如图：
此反应为________(填“放热”或“吸热”)反应；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案：　(1)2.0　(2)放热　不变
类型二　平衡常数—温度—选择性图像
INCLUDEPICTURE "例2.TIF" INCLUDEPICTURE "D:\\2024《金版新学案》高三总复习 新教材 化学 人教版（双选）B\\图片\\例2.TIF" \* MERGEFORMATINET 丙烯是制造一次性医用口罩的重要原料。丙烷催化脱氢法是工业生产丙烯的重要途径，丙烷催化脱氢技术主要分为氧化脱氢和直接脱氢两种。回答下列问题：
(1)丙烷催化氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：
2C3H8(g)＋O2(g) 2C3H6(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－236 kJ·mol－1(ⅰ)
学生用书?第182页
反应过程中消耗的C3H8和 生成的C3H6 的物质的量随温度的变化关系见下表。
反应温度n(消耗)或n(生成)/mol 535 550 575
C3H8 6 13 33
C3H6 4 8 17
分析表中数据得到丙烯的选择性随温度的升高而______(填“不变”“升高”“降低”)；出现此结果的原因除生成乙烯等副产物外还可能是 __________。(C3H6的选择性＝×100%)
(2)丙烷催化直接脱氢反应： C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)　ΔH2＝＋124.3 kJ·mol －1(ⅱ)　副反应：C3H8 (g)C2H4 (g)＋CH4(g)　ΔH3(ⅲ)
①反应ⅱ的平衡常数、产物丙烯选择性、副产物乙烯选择性与温度关系如图所示， 分析工业生产中采用的温度为650 ℃左右的原因是_____________________________________
________________________________________________________________________。
②温度为670 ℃时，若在1 L的容器中投入8 mol C3H8，充分反应后，平衡混合气体中有2 mol CH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，计算该条件下C3H6的选择性为________%。
③欲使丙烯的产率提高，下列措施可行的是______(填写字母)。
a．恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气
b．增大氢气与丙烷的投料比
c.选择对脱氢反应更好选择性的催化剂
d．增大压强
解析：　(1)根据表格数据可知各温度下C3H6的选择性分别为、、，>>，所以随温度升高丙烯的选择性降低；反应ⅰ为放热反应，升高温度，反应ⅰ的化学平衡逆向移动，也会导致丙烯的选择性下降；
(2)①据题图可知，温度控制在650 ℃，丙烯选择性高，且此时温度较高，反应速率快，而且该温度条件下平衡常数较大；
②平衡混合气体中有 2 mol CH4，则根据反应ⅲ可知平衡时该反应消耗的n1(C3H8)＝2 mol；设平衡时C3H6的物质的量为x，根据反应ⅱ可知平衡时n(H2)＝x，反应ⅱ消耗的n2(C3H8)＝x，则平衡时容器中n(C3H8)＝(8－2－x) mol，据图可知该温度下反应ⅱ的lg＝0，所以K＝1，容器体积为1 L，则有＝1，解得x＝2 mol，C3H6的选择性＝×100%＝×100%＝50%；
③a.恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气，则反应物和生成物的分压减小，该反应的正反应为气体体积增大的反应，减小压强平衡正向移动，可以提高丙烯的产率，故a正确；b.氢气为产物，增大氢气的量会使平衡逆向移动，丙烯的产率降低，故b错误；c.选择对脱氢反应更好选择性的催化剂，增大丙烯的选择性，提高产率，故c正确；d.该反应的正反应为气体体积增大的反应，增大压强会使平衡逆向移动，降低产率，故d错误；综上所述选ac。
答案：　(1)降低　升高温度，反应ⅰ的化学平衡逆向移动
(2)① 温度控制在650 ℃ ，丙烯选择性高，反应速率快，平衡常数较大　② 50　③ ac
类型三　选择最佳反应条件
INCLUDEPICTURE "例3.TIF" INCLUDEPICTURE "D:\\2024《金版新学案》高三总复习 新教材 化学 人教版（双选）B\\图片\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET (1)汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：
4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0
根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是______________________；氨氮比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是______________________________________。
(2)丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：
C3H8(g)＋O2(g)C3H6(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－118 kJ·mol －1
在催化剂作用下，C3H8氧化脱氢除生成C3H6外，还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。
①575 ℃时，C3H6的选择性为________。(C3H6的选择性＝×100%)
②基于本研究结果，能提高C3H6选择性的措施是
________________________________________________________________________。
解析：　(2)①根据题图，575 ℃时，C3H8的转化率为33%，C3H6的产率为17%，假设参加反应的C3H8为100 mol，生成的C3H6为17 mol，C3H6的选择性＝×100%≈51.5%。②根据图像，535 ℃时，C3H6的选择性＝×100%≈66.7%，550 ℃时，C3H6的选择性＝×100%≈61.5%，575 ℃时，C3H6的选择性＝×100%≈51.5%，故选择相对较低的温度能够提高C3H6选择性。
答案：　(1)氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃　在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率较快
(2)①51.5%　②选择相对较低的温度
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类型四　对化工生产中的图像综合分析
INCLUDEPICTURE "例4.TIF" INCLUDEPICTURE "D:\\2024《金版新学案》高三总复习 新教材 化学 人教版（双选）B\\图片\\例4.TIF" \* MERGEFORMATINET (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＝－270 kJ·mol－1
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1)。则图1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2，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3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____________________。
答案：　(1)a
(2)①6NO＋3O2＋2C2H43N2＋4CO2＋4H2O　②350 ℃、负载率3.0%
真题演练　明确考向
1．(2022·江苏选择考，13)乙醇 水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH＝173.3 kJ·mol－1，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
已知：CO的选择性＝×100%，下列说法正确的是(　　)
A．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B．升高温度，平衡时CO的选择性增大
C．一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率
D．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率
D　[根据已知反应①C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH＝173.3 kJ·mol－1，反应②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1，且反应①的热效应更大，故温度升高的时候对反应①影响更大一些，即CO2选择性增大，同时CO的选择性减小，根据CO的选择性的定义可知③代表CO2的选择性，①代表CO的选择性，②代表H2的产率。A.由分析可知②代表H2的产率，A错误；B.由分析可知升高温度，平衡时CO的选择性减小，B错误；C.两种物质参加反应，增大一种物质的浓度，会降低该物质的平衡转化率，C错误；D.加入CaO(s)与水反应放热，对反应①影响较大，可以增大H2产率，或者选用对反应①影响较大的高效催化剂，也可以增大H2产率，D正确。]
2．(2022·辽宁选择考，16节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　ΔS＝－200 J·K－1·mol－1
(1)____________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，____________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了如下解决方案。
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(2)方案：M LiH复合催化剂。
下列说法正确的是____________。
a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
解析：　 (2)由题图可知，300 ℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。
答案：　 (1)高　低　(2)a　
3．(2022·江苏选择考，17节选)“Fe HCO H2O热循环制氢和甲酸”的原理为：在密闭容器中，铁粉与吸收CO2制得的NaHCO3溶液反应，生成H2、HCOONa和Fe3O4；Fe3O4再经生物柴油副产品转化为Fe。
①实验中发现，在300 ℃时，密闭容器中NaHCO3溶液与铁粉反应，反应初期有FeCO3生成并放出H2，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
②随着反应进行，FeCO3迅速转化为活性Fe3O4－x，活性Fe3O4－x是HCO转化为HCOO－的催化剂。在其他条件相同时，测得Fe的转化率、HCOO－的产率随c(HCO)变化如图所示。HCOO－的产率随c(HCO)增加而增大的可能原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　②在其他条件相同时，随c(HCO)增加，其与铁粉反应加快，从图中得知Fe的转化率也增大，即生成FeCO3和H2的速率更快，产量更大，则得到活性Fe3O4－x的速率更快，量也更多，生成HCOO－的速率更快，产率也更大。
答案：　 ①Fe＋2HCOFeCO3＋CO＋H2↑　②随c(HCO)增加，生成FeCO3和H2的速率更快、产量增大，生成HCOO－的速率更快、产率也增大
4．[2022·山东等级考，20(3)]利用γ 丁内酯(BL)制备1，4 丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1 丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：
已知：反应Ⅰ正向是放热过程。
(xBD/xBL)max为达平衡时xBD与xBL的比值。(493 K，2.5×103 kPa)、(493 K，3.5×103 kPa)、(513 K，2.5×103 kPa)三种条件下，以5.0×10－3 mol BL为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，随时间t变化关系如图所示。因反应在高压H2氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中，(xBD/xBL)max最大的是______(填代号)；与曲线b相比，曲线c达到＝1.0所需时间更长，原因是______________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　依题意，反应Ⅰ正向是放热过程，以BL为初始原料，温度升高则平衡逆向移动，温度越高，反应速率越快，达到平衡时的时间越短，(xBD/xBL)max越小，的值越大；相同温度时，压强增大，BD的比重增大，(xBD/xBL)max增大，又可忽略压强对反应速率的影响，则(xBD/xBL)max最大即最小，对应曲线c；由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，(xBD/xBL)max增大，故＝1.0所需时间更长。
答案：　c　由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，(xBD/xBL)max增大
课时精练(三十七)　工业生产中的速率、平衡图像
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
1．已知反应：2NO2(红棕色)N2O4(无色)　ΔH<0。将一定量的NO2充入注射器中并密封，改变活塞位置的过程中，气体透光率随时间的变化如图所示(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法不正确的是(　　)
A．b点达到平衡状态
B．b点与a点相比，c(NO2)、c(N2O4)均减小
C．d点：v正D．若在c点将温度降低，其透光率将增大
B　[曲线a→b段透光率不变，说明c(NO2)保持不变，故b点达到平衡状态，A正确；a、b两点的透光率相等，说明这两点中c(NO2)、c(N2O4)分别相等，且保持不变，B错误；由题图可知，d点后透光率逐渐下降，说明c(NO2)逐渐增大，即平衡逆向移动，则有v正2．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)；已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法不正确的是(　　)
A．该反应的逆反应为吸热反应
B．平衡常数：KM>KN
C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)
D．当温度高于250 ℃，升高温度，催化剂的催化效率降低
C　[升高温度，CO2的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，A正确；该反应的正反应是放热反应，升温平衡常数减小，B正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂在250 ℃时催化活性最高，温度继续升高，其催化效率降低，所以v(N)有可能小于v(M)，C错误，D正确。]
3．在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1CH4，在一定条件下发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图，下列有关说法不正确的是(　　)
A．上述反应的ΔH<0
B．压强：p4>p3>p2>p1
C．1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64
D．压强为p4时，在y点：v正>v逆
A　[p1、p2、p3、p4是四条等压线，由图像可知，压强一定时，温度越高，CH4的平衡转化率越高，故正反应为吸热反应，ΔH>0，A项错误；该反应为气体分子数增加的反应，压强越高，甲烷的平衡转化率越小，故压强p4>p3>p2>p1，B项正确；压强为p4、温度为1 100 ℃时，甲烷的平衡转化率为80.00%，故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)＝0.02 mol·L－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1，c(H2)＝0.16 mol·L－1，即平衡常数K＝≈1.64，C项正确；压强为p4时，y点未达到平衡，此时v正>v逆，D项正确。]
4．一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化生成S。催化剂不同，其他条件相同(浓度、温度、压强)情况下，相同时间内SO2的转化率随反应温度的变化如图，下列说法不正确的是(　　)
A．不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3作催化剂可以节约能源
B．选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340 ℃左右
C．a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低
D．其他条件相同的情况下，选择Cr2O3作催化剂，SO2的平衡转化率最小
D　[根据图像可知，当温度在340 ℃时，在Fe2O3作催化剂条件下，SO2的转化率最大，可以节约能源，故A正确；340 ℃左右，催化剂的催化能力较大，二氧化硫的转化率也是较大，反应速率较快，所以选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340 ℃左右，故B正确； 催化剂催化能力需要维持在一定的温度下，温度太高，催化剂活性可能会降低，故C正确；催化剂只对速率有影响，对平衡转化率没有影响，故D错误。]
5．反应Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH是工业上制备高纯硅的重要中间过程。一定压强下，起始投入原料的值和温度与SiHCl3的平衡产率的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．该反应为放热反应，ΔH＜0
B．M、N点SiHCl3的分压：M＞N
C．的值越大SiHCl3平衡产率越高
D．M、N点的逆反应速率：vM＞vN
C　[温度升高，SiHCl3的平衡产率减小，ΔH＜0，A项正确；对应气体压强之比等于物质的量之比，由题图可知，M、N点SiHCl3的平衡产率M＞N，所以M、N点SiHCl3的分压：M＞N，B项正确；由题图可知，的值增大至7时，SiHCl3的平衡产率降低至接近于0，C项错误；M点温度较高，SiHCl3浓度较大，逆反应速率vM＞vN，D项正确。]
6．一定条件下，6H2(g)＋2CO2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)，CO2平衡转化率随温度变化如图所示，对a、b、c三点对应情况的分析，合理的是(　　)
A．CO2物质的量分数：a>b
B．C2H5OH体积分数：aC．平衡常数：Ka>Kc>Kb
D．反应速率：va(CO2)D　[ A．a、b点均在曲线Ⅰ上，由题图可知升高温度CO2平衡转化率减小，可知升高温度平衡逆向移动，则CO2物质的量分数：ac，故B错误；C.K与温度有关，且正反应为放热反应，温度越高K越小，则平衡常数：Ka＝Kc>Kb，故C错误；D.a、b点只有温度不同，温度越高、反应速率越快，则反应速率：va(CO2)7．在恒容密闭容器中进行反应：2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)　ΔH。在某压强下起始时按不同氢碳比投料(如图中曲线①②③)，测得CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示，下列有关说法正确的是(　　)
A．该反应的ΔH>0
B．氢碳比：①<②<③
C．其他条件不变的情况下，增大容器的体积可提高CO2的转化率
D．若起始CO2的浓度为2 mol·L－1、H2为4 mol·L－1，在图中曲线③氢碳比条件下进行，则400 K时该反应的平衡常数数值约为1.7
D　[根据图像可知，在氢碳比相等的条件下，随着温度的升高，CO2的转化率降低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，ΔH<0，A错误；氢碳比越大，CO2的转化率越高，根据图像可知，在温度相等的条件下，CO2的转化率：①>②>③，则氢碳比：①>②>③，B错误；正反应是气体体积减小的反应，因此其他条件不变的情况下，缩小容器的体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，可提高CO2的转化率，C错误；根据图像可知，400 K时曲线③中CO2的转化率是50%，这说明消耗CO2 1 mol·L－1，则消耗氢气3 mol·L－1，生成乙醇和水蒸气分别是0.5 mol·L－1、1.5 mol·L－1，剩余CO2和氢气分别是1 mol·L－1、1 mol·L－1，该温度下平衡常数K＝≈1.7，D正确。]
8.恒压下，NO和O2在起始浓度一定的条件下发生反应，在相同时间内，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法不正确的是(　　)
A．反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH<0
B．图中X点所示条件下，由于测定时间较短，反应未达到平衡
C．从X→Y过程中，平衡逆向移动，O2的质量减少
D．380 ℃下，c平衡(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K＝2 000
C　[依据图中虚线，NO的平衡转化率随温度升高而下降，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，则该反应是放热反应，ΔH<0，故A正确；点X在虚线下面，说明反应未达到化学平衡，故B正确；从X→Y过程中，NO转化率下降，说明平衡向逆反应方向移动，O2的质量应该增大，故C错误；
　　　　　　　　2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)
起始(mol·L－1) x y 0
转化(mol·L－1) 0.5x 0.25x 0.5x
平衡(mol·L－1) 0.5x 5.0×10－4 0.5x
K＝＝＝2 000，故D正确。]
9．CO2经催化加氢可合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)。0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图，下列叙述不正确的是(　　)
A．该反应的ΔH＜0
B．曲线b代表H2O的浓度变化
C．N点和M点所处的状态c(H2)不一样
D．其他条件不变，T1 ℃、0.2 MPa下反应达平衡时c(H2)比M点大
C　[温度升高，H2的浓度增大，平衡左移，故逆向吸热，正向放热，ΔH＜0，则曲线a为CO2的浓度变化，根据方程式中化学计量数的比例关系，可知曲线b为H2O的浓度变化，曲线c为C2H4的浓度变化，故A、B正确；N点和M点均处于T1 ℃下，所处的状态c(H2)是一样的，C项错误；其他条件不变，T1 ℃、0.2 MPa相对0.1 MPa，增大了压强，体积减小，c(H2)增大，反应达平衡时c(H2)比M点大，故D项错误。]
10．在一定条件下，向恒容密闭容器中充入1.0 mol CO2和3.0 mol H2，在一定温度范围内发生如下转化：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－x kJ·mol－1(x>0)。在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度的变化如图所示：
(1)催化效果最佳的是催化剂________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)；b点v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。
(2)此反应在a点时已达到平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是_________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)根据题图可知，相同温度时，在催化剂Ⅰ的作用下，反应相同时间CO2的转化率最大，因此催化剂Ⅰ的效果最好；b点时反应还未达到平衡状态，CO2的转化率还会继续增加，反应正向进行，因此v正＞v逆。(2)该反应为放热反应，a点时达到平衡，从a点到c点，温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率下降。
答案：　(1)Ⅰ　>　(2)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动
11．(1)在体积为2 L的恒容密闭容器中，充入2 mol CO2和6 mol H2，一定条件下反应：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH＝－49.0 kJ·mol－1，测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示。
①计算：从0 min到3 min，H2的平均反应速率v(H2)＝________mol·L－1·min－1。
②能说明上述反应达到平衡状态的是______(填字母)。
A.c(CO2)∶c(H2)＝1∶3
B．混合气体的密度不再发生变化
C．单位时间内消耗3 mol H2，同时生成1 mol H2O
D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变
③反应达到平衡后，保持其他条件不变，能加快反应速率且使体系中气体的物质的量减少，可采取的措施有________(填字母)。
A．升高温度　　　　　　 B．缩小容器体积
C．再充入CO2气体 D．使用合适的催化剂
(2)在容积相同的密闭容器里，分别充入等量的氮气和氢气，在不同温度下发生反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，并分别在相同的时间内测定其中NH3的质量分数(y轴所表示的)，绘成图像如图所示：
请回答：
①A、B、C、D、E五点中，肯定未达到平衡点的是________。
②此可逆反应的正反应是________热反应。
③AC曲线是增函数曲线，CE曲线是减函数曲线，试从化学反应速率和化学平衡的角度分析，并说明理由_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)①3 min时CH3OH的物质的量浓度为0.5 mol/L，所以消耗的氢气的物质的量浓度为1.5 mol/L，则用氢气表示的反应速率为1.5 mol/L÷3 min＝0.5 mol/(L·min)。
②A.起始时加入的CO2和H2的物质的量之比为1∶3，反应消耗的CO2和H2的物质的量之比也是1∶3，所以CO2和H2的物质的量之比一直是1∶3，CO2和H2在同一容器中，体积相同，所以c(CO2)∶c(H2)＝1∶3是不变的，和是否平衡无关；B.由于反应物和生成物都是气体，所以混合气体的总质量是不变的，同时容器体积也是不变的，所以混合气体的密度是一个定值，所以混合气体的密度不再发生变化不能证明反应达到平衡状态；C.单位时间内消耗3 mol H2，必然同时生成1 mol H2O，和是否平衡无关；D.CO2的体积分数在混合气体中保持不变说明反应达到了平衡状态，故选D。
③A.升高温度，能加快反应速率，但由于该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，体系中气体物质的量增加，故A不选；B.缩小容器体积，增大各物质浓度，可以加快反应速率，平衡向体积减小的方向即正向移动，可以使体系中气体物质的量减少，故B选；C.再充入CO2气体，增大了反应物浓度，可以加快反应速率，平衡虽然向右移动，但由于加入了CO2，所以体系中气体总的物质的量会增加，故C不选；D.使用合适的催化剂可以加快反应速率，但催化剂不影响平衡，所以气体物质的量不变，故D不选；故选B。
(2)在容积相同的密闭容器里，分别充入等量的氮气和氢气，在不同温度下发生合成氨的反应，在相同的时间内测定其中NH3的质量分数。温度低，反应速率慢，生成的氨的量少，则氨的质量分数比较低，温度升高，反应速率加快，生成的氨增加，氨的质量分数增多，若温度更高，反应很快达到平衡，若合成氨的反应是放热反应，此时氨的质量分数反而会由于温度升高，平衡逆向移动而降低。
①由以上分析可知，A、B点肯定未达到平衡点，C点可能平衡，也可能没有平衡，D、E点一定达到了平衡。
②由以上分析可知，该反应的正反应是放热反应。
③A、B两点对应的温度低，反应速率小，随着温度升高，反应速率加快，生成氨的质量分数增大，所以AC曲线是增函数曲线；达到平衡后，再升高温度，由于正反应是放热反应，平衡逆向移动，所以氨的质量分数降低，所以CE曲线是减函数曲线。
答案：　(1)①0.5　②D　③B
(2)①A、B　②放　③容器容积相同，充入的是等量的氮气和氢气，在不同温度下发生反应，在相同的时间内测定NH3的质量分数，A、B两点对应的温度低，反应速率小，随着温度升高，反应速率加快，生成氨的质量分数增大，所以AC曲线是增函数曲线；达到平衡后，再升高温度，由于正反应是放热反应，平衡逆向移动，所以氨的质量分数降低，所以CE曲线是减函数曲线
12．环戊烯()常用于有机合成及树脂交联等。在催化剂作用下，可通过环戊二烯()选择性氧化制得，体系中同时存在如下反应：
反应Ⅰ：(g)＋H2(g) (g)　ΔH1＝－100.3 kJ·mol－1
反应Ⅱ：(g)＋H2(g) (g)　ΔH2＝－109.4 kJ·mol－1
反应Ⅲ：(g)＋(g)2(g)　ΔH3
已知：选择性指生成目标产物所消耗的原料量在全部所消耗原料量中所占的比例。回答下列问题：
(1)反应Ⅲ的ΔH3＝________kJ·mol－1。
(2)为研究上述反应的平衡关系，在T ℃下，向某密闭容器中加入a mol的环戊二烯和4 mol H2，测得平衡时，容器中环戊二烯和环戊烷()的物质的量相等，环戊烯的选择性为 80%，此时H2的转化率为________%，反应Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数K3＝________。
(3)为研究不同温度下催化剂的反应活性，保持其他条件不变，测得在相同时间内，上述反应的转化率和选择性与温度的关系如图所示。
该氢化体系制环戊烯的最佳温度为 ________；30 ℃以上时，环戊烯的选择性降低的可能原因是________(填字母)。
A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大
C．反应活化能减小
(4)实际生产中采用双环戊二烯()解聚成环戊二烯：(g) 2(g)　ΔH>0。若将3 mol双环戊二烯通入恒容密闭容器中，分别在T1和T2温度下进行反应。曲线A表示T2温度下n(双环戊二烯)的变化，曲线B表示T1温度下n(环戊二烯)的变化，T2温度下反应到a点恰好达到平衡。
①曲线B在T1温度下恰好达到平衡时的点的坐标为(m，n)，则m________2(填“>” “<”或“＝”)，由图像计算n的取值范围是___________________________________________。
②T2温度下，若某时刻，容器内气体的压强为起始时的1.5倍，则此时v正________v逆 (填“>” “<”或“＝”)。
解析：　(1)反应Ⅲ＝反应Ⅰ－反应Ⅱ，ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝[－100.3－(－109.4)]kJ·mol－1＝＋9.1 kJ·mol－1；
(2)令反应Ⅰ中消耗x mol环戊二烯，反应Ⅲ中消耗y mol环戊二烯，根据题意可知，达到平衡时n(环戊二烯)＝n(环戊烷)＝(a－x－y) mol，反应Ⅲ中消耗y mol环戊二烯的同时消耗环戊烷的物质的量为y mol，则反应Ⅱ共生成环戊烷的物质的量为(a－x－y＋y) mol＝(a－x) mol，反应Ⅱ消耗氢气的物质的量为(a－x) mol，因此达到平衡时整个容器共消耗氢气的物质的量为(a－x＋x) mol＝a mol，氢气的转化率为×100%＝25a%；依据选择性的定义，推出生成环戊烯的物质的量为0.8a mol，达到平衡时环戊二烯的物质的量为0.2a mol，环戊烷的物质的量也为0.2a mol，根据反应Ⅲ的特点，反应前后气体系数之和相等，以物质的量分数表示的平衡常数与以物质的量表示的平衡常数是相等的，即K3＝＝16；
(3)根据图像可知，该体系温度为30 ℃左右时，环戊烯的选择性和环戊二烯的转化率都很高，因此最佳温度为30 ℃；A.催化剂的活性在一定温度范围内最大，高于或低于这个温度范围，催化剂的活性降低，导致选择性降低，故A符合题意；B.催化剂对化学平衡移动无影响，故B不符合题意；C.使用催化剂，降低反应活化能，催化剂的活性降低，活化能应增大，故C不符合题意；
(4)①根据图像可知，相同时间段内，环戊二烯表示的反应速率大于双环戊二烯表示的反应速率，因此T1＞T2，温度高，反应速率快，达到平衡时所用的时间短，即m＜2；在T2温度下，达到平衡，消耗双环戊二烯的物质的量为(3－0.6) mol＝2.4 mol，此时生成环戊二烯的物质的量为2.4×2 mol＝4.8 mol，因为T1＞T2，该反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，则n＞4.8 mol，假设双环戊二烯全部反应，则生成环戊二烯的物质的量为6 mol，但该反应为可逆反应，不能进行到底，因此n＜6 mol，综上所述，得出n的范围为4.8＜n＜6；
②由①分析可知，T2温度下达到平衡时，生成环戊二烯的物质的量为4.8 mol，容器内气体的总物质的量为0.6 mol＋4.8 mol＝5.4 mol，相同条件下，压强之比等于气体物质的量的之比，则平衡时容器内气体的压强为起始时容器内压强的1.8倍，由于1.8＞1.5，容器内气体的压强为起始时的1.5倍，说明反应向正反应进行，即v正＞v逆。
答案：　(1)＋9.1　(2)25a　16　(3)30　A
(4)①＜　4.8＜n＜6　②＞
学生用书?第185页