一、主干知识——在微点判断中澄清
1.判断下列有关化学反应速率叙述的正误
(1)对于反应H2+Cl22HCl,化学反应速率可表示为v=a mol·L-1·s-1 ( )
(2)化学反应速率为一段时间内的平均速率 ( )
(3)化学反应速率可以为负值,如逆反应速率 ( )
(4)化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增加来表示 ( )
(5)对于不同条件下的同一反应,同一反应物或生成物的物质的量的变化量大,反应就一定快 ( )
(6)在1 L的密闭容器中发生反应:A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),在2 min内用B表示的反应速率逐渐减小,用D表示的反应速率逐渐增大 ( )
2.判断下列有关影响反应速率因素叙述的正误
(1)增加少量固体反应物的质量,化学反应速率增大 ( )
(2)恒容体系发生反应:2SO2+O22SO3 ΔH<0,升高温度,v正增大,v逆减小 ( )
(3)升高温度,吸热反应速率会加快而放热反应速率会减慢 ( )
(4)恒温恒容密闭容器中发生的全为气体的反应,若容器内总压强增大,则反应速率一定增大 ( )
3.判断下列有关活化能叙述的正误
(1)当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时才能发生化学反应 ( )
(2)催化剂能降低反应所需的活化能,ΔH也会发生变化 ( )
(3)活化能越高,反应越难发生,反应速率越慢 ( )
(4)增大压强,活化分子百分数增大,化学反应速率一定增大 ( )
(5)升高反应体系温度,活化分子百分数增大,化学反应速率一定增大 ( )
4.判断下列有关化学平衡移动叙述的正误
(1)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变,但化学反应速率改变,化学平衡不一定发生移动 ( )
(2)反应达到平衡状态时,其他条件不变,分离出固体生成物,v正减慢 ( )
(3)对于反应:3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH<0,其他条件不变,增大Si3N4的物质的量,平衡向左移动 ( )
(4)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v放减小,v吸增大 ( )
(5)对于反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,降低温度,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大 ( )
5.判断下列有关化学平衡常数叙述的正误
(1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度 ( )
(2)温度升高,化学平衡常数一定增大 ( )
(3)平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动 ( )
(4)催化剂能改变化学反应速率,也能改变平衡常数 ( )
(5)化学方程式中化学计量数等倍扩大或缩小,化学平衡常数不会发生改变 ( )
6.判断下列有关化学反应方向叙述的正误
(1)在一定条件下,不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程 ( )
(2)室温下冰变成水属于自发过程 ( )
(3)能自发进行的反应,反应速率一定很大 ( )
(4)O2转化变为O3时,熵减小 ( )
(5)熵增的反应一定能自发进行 ( )
(6)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据,将更适合于所有的过程 ( )
7.判断下列有关化学反应调控叙述的正误
(1)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应,在任何温度下都可自发进行 ( )
(2)在合成氨中,加入催化剂能提高原料的转化率 ( )
(3)催化剂在合成氨中质量没有改变,因此催化剂没有参与反应 ( )
(4)增大反应物的浓度,减小生成物的浓度,可以提高氨的产率 ( )
(5)在工业生产条件优化时,只考虑经济性就行,不用考虑环保 ( )
(6)合成氨反应选择在400~500 ℃进行的重要原因是催化剂在500 ℃左右时的活性最大 ( )
二、综合思维——在知识融会中贯通
(一)化学反应速率
[综合训练]
1.(2025·武汉高二检测)对于反应“CO(g)+NO2(g) CO2(g)+NO(g)”,其速率方程为v=kc2(NO2),k为速率常数,只与温度有关,则下列说法正确的是 ( )
A.升高温度,v正增大,v逆减小
B.增大CO的浓度,化学反应速率不变
C.反应达到平衡后,缩小体积,平衡正向移动
D.该反应速率由反应物共同影响
2.(2025·吉林高二期末)已知反应2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)的速率方程为v=kc2(NO)·c(H2)(k为速率常数),其反应历程如下:
①2NO+H2N2+H2O2慢
②H2O2+H22H2O快
下列说法不正确的是 ( )
A.增大c(NO) 或c(H2),均可提高总反应的反应速率
B.c(NO)、c(H2)增大相同的倍数,对总反应的反应速率的影响程度相同
C.该反应的快慢主要取决于反应①
D.升高温度,可提高反应①、②的速率
3.一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列判断正确的是 ( )
A.在0~50 min之间, pH=2和pH=7时R的降解百分率相等
B.溶液酸性越强,R的降解速率越小
C.R的起始浓度越小,降解速率越大
D.在20~25 min之间,pH=10时R的平均降解速率为0.04 mol·L-1·min-1
(二)化学平衡
[综合训练]
4.(2025·十堰高二检测)在恒温恒容密闭容器中,投入一定量X,发生反应:2X(g) 2Y(g)+Z(g),下列叙述中能说明该反应达到平衡状态的是 ( )
①单位时间内生成n mol Z的同时消耗2n mol Y ②Y的浓度不再改变
③Y与Z的物质的量之比为2∶1 ④2v正(Y)=v逆(Z)
⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变 ⑥容器内密度不再改变
A.①②③ B.①②⑤
C.②③⑤ D.②④⑥
5.在固定容积的密闭容器中,进行如下反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,其化学平衡常数K与温度的关系如表。下列说法正确的是 ( )
温度/℃ 25 125 225 …
平衡常数 4.1×106 K1 K2 …
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)能说明反应已达平衡
B.平衡常数K1=K2
C.混合气体的平均摩尔质量不再改变不能说明反应已达平衡
D.压强增大,速率一定增大
6.(2025·黄冈高二期末)向密闭容器中充入2 mol CO2和6 mol H2,发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH,测得反应在不同压强、不同温度下,平衡混合物中CH3OH体积分数如图Ⅰ所示,测得反应时逆反应速率与容器中c(CH3OH)关系如图Ⅱ所示。下列说法错误的是 ( )
A.压强:p1>p2,平衡常数:K(C)>K(A)>K(B)
B.图Ⅰ中p2条件下,A和C两点反应速率:v逆(A)>v正(C)
C.恒温恒压时,若反应从开始到A点达平衡,则CO2的平衡转化率约为66.7%
D.图Ⅱ中当x点平衡体系降温至某一温度时,反应可重新达平衡状态,新平衡点可能是c
(三)化学反应的方向
[综合训练]
7.下列关于化学反应方向的说法正确的是 ( )
A.凡是放热的反应都是自发反应
B.凡是需要加热才发生的反应都是非自发反应
C.凡是熵增的反应都是自发反应
D.反应是否自发,需要综合考虑反应焓变和熵变
8.下列反应既是氧化还原反应且在任何温度下都能正向自发进行的是 ( )
A.2KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g) ΔH<0
B.2CO(g)2C(s,石墨)+O2(g) ΔH>0
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s) ΔH<0
D.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH>0
9.(2025·咸阳高二检测)已知:在25 ℃、100 kPa下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.6 J·mol-1·K-1。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内,它会不会变成灰锡而不能再继续使用 ( )
A.会变成灰锡
B.只有继续升高温度才会变成灰锡
C.只有继续降低温度才会变成灰锡
D.无法确定
(四)化学反应的调控
[综合训练]
10.(2025·江门高二检测)在一定条件下的密闭容器中发生反应C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH>0,当达到平衡时,下列各项措施中,既能提高反应速率又能提高乙烷平衡转化率的是 ( )
A.减小容器的容积` B.升高反应的温度
C.分离出部分氢气 D.恒容下通入氦气
11.(2025·南通高二阶段检测)合成氨是人工固氮的主要途径,工业生产采用Haber Bosch法,反应条件严苛,能源消耗大。制取氢气原料的途径之一为CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。研究N2和H2的反应机理,有利于开发新的氨气合成技术。2007年度诺贝尔化学奖获得者格哈德埃特尔,确认了合成氨反应机理。合成氨的催化历程如图所示(、、、分别表示N2、H2、NH3和固体催化剂)。下列说法不正确的是 ( )
A.使用催化剂可降低合成氨反应的活化能,从而提高单位时间内原料气的转化率
B.由于N2吸附分解的活化能最高,因此适当提高原料气中氮气的比例能加快合成氨的进行
C.及时将产生的氨气液化分离,在催化剂表面空出更多的活性中心,能保持足够高的反应速率
D.工业合成氨采用500 ℃左右的高温,目的是提高合成氨的平衡产率
12.工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3):CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g),在容积固定的密闭容器中,投入等物质的量的CH3OH和CO,测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.增大压强,甲醇转化率增大
B.b点反应速率:v正>v逆
C.平衡常数:K(75 ℃)D.生产时反应温度控制在80~85 ℃为宜
三、迁移应用——在课题活动中践行
课题活动 含碳化合物再利用,助力“碳达峰、碳中和”
气候变化是人类面临的全球性问题。随着各国二氧化碳排放,温室气体猛增,对生命系统形成威胁。在这一背景下,世界各国以全球协约的方式减排温室气体,我国由此提出碳达峰和碳中和的目标。作为有影响力的大国,我国承诺在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。所谓碳达峰即是以二氧化碳为衡量标准的温室气体排放达到历史最高值,而后开始陆续下降。碳中和即是排放的温室气体通过植树造林等方式相互抵消,实现某种意义上的零排放。
探究目标(一) 利用CO2合成甲醇的优化研究
研究发现,以二氧化碳和氢气为原料合成甲醇时,通常还伴随着以下副反应:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
298 K时,该反应的焓变为+41.17 kJ·mol-1,熵变为+42.08 J·mol-1·K-1。
资料1 反应物的物质的量之比对反应的影响[不同n(H2)∶n(CO2)对反应的影响]
n(H2)∶n(CO2) 2∶1 3∶1 5∶1 7∶1
α(CO2)/% 11.63 13.68 15.93 18.71
φ(CH3OH)/% 3.04 4.12 5.26 6.93
注:①α为转化率,φ为产率,反应条件为温度553 K、总压2 MPa,催化剂为CuO ZnO Al2O3。
②在等温条件下,气体的总压不变,各气体的物质的量比值不变,则各气体的浓度就不变。
资料2 压强与温度对甲醇产率的影响
523 K,n(H2)∶n(CO2)=3∶1,催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维 总压5 MPa,n(H2)∶n(CO2)=3∶1,催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维
资料3 催化剂的组成对反应的影响
(催化剂组成的改变对甲醇产率和选择性的影响)
组成 Al2O3/CuO/ZnO ZrO2/CuO /ZnO ZrO2/MnO/CuO/ZnO ZrO2/MnO/CuO/ZnO
CuO/(w%) 65.8 62.4 65.8 65.8
ZnO/(w%) 26.3 25.0 26.6 26.6
Al2O3/(w%) 7.9 0 0 0
ZrO2/(w%) 0 12.6 3.6 5.6
MnO/(w%) 0 0 4 2
φ(CH3OH)/ [g·(kg 催化剂)-1·h-1] 78 96 88 138
选择性/% 40 88 100 91
注:①反应条件为n(H2)∶n(CO2)=3∶1,温度553 K,总压4 MPa。
②w%:质量分数。
③选择性:生成甲醇的二氧化碳在全部二氧化碳反应物中所占的比例。
④甲醇产率单位[g·(kg 催化剂)-1·h-1]:单位质量催化剂在单位时间内所获得的产物量;该产率多称为时空收率,常用于评价催化剂活性。
1.根据上述素材,在选择适宜的反应条件时,一般要考虑哪些方面 具体考虑哪些外界因素
2.对于压强条件的选择,应考虑哪些因素
3.对于温度条件的选择,应考虑哪些因素
4.根据资料2数据分析,温度520 K左右甲醇的产率最高,为什么
探究目标(二) CO2的再利用与化学图像的有机结合
1.催化剂的活性与温度的关系
不同的催化剂选择性不同,受温度的影响也会不同。一般来说,催化剂的活性在一定温度下最高,低于或高于这个温度都会下降。
以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。
(1)从图像分析,催化剂的催化效率与温度有什么关系 要保证催化效率最佳,如何选择温度
(2)300 ℃以后乙酸的生成速率又增大的原因可能是什么
(3)250~300 ℃时,乙酸生成速率降低的原因可能是什么
资料1 CO2 CH4重整反应中相关数据如下表所示。
积炭反应 CH4(g) C(s)+2H2(g) 消炭反应 CO2(g)+C(s)2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1) +75 +172
活化能/ (kJ·mol-1) 催化剂X 33 91
催化剂Y 43 72
资料2 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,催化剂Z表面的积炭量随温度的变化关系如图所示。
资料3 在一定温度下,测得某催化剂Q上沉积炭的生成速率方程为v=k·p(CH4)·p-0.5(CO2)(k为速率常数)。
(1)比较催化剂X、Y的优劣并说明理由。
(2)分析催化剂Z的使用温度选择要求是什么
(3)p(CH4)一定时,判断催化剂Q适宜的操作条件。
[素养训练]
1.(2024年1月·江西高考适应性演练)我国科学家成功利用CO还原NO,从源头上减少煤粉燃烧产生的大气污染。一定温度下,在1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO和1 mol NO,反应2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)平衡时,测得c(N2)=0.2 mol·L-1,下列说法正确的是 ( )
A.升高温度,正、逆反应速率以相同倍数增大
B.加入催化剂使正反应速率加快,逆反应活化能增大
C.若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,则此时v正>v逆
D.若往容器中再通入2 mol CO和1 mol N2,则此时v正>v逆
2.化石燃料的燃烧与汽车尾气产生的碳氧化物和氮氧化物都是常见的大气污染物,废气处理对于环境保护至关重要。
为了净化汽车尾气,目前工业上采用CO与NO在催化剂的作用下反应转化为无害气体,反应为2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
(1)已知:2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180.5 kJ·mol-1
计算反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)的ΔH= ;若该反应的熵变为-197.5 J·mol-1·K-1,则该反应在室温(25 ℃)时 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)若一定量的CO与NO在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻时达到平衡状态的是 。(填标号)
(3)已知2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)的反应速率满足:v正=k正·c2(NO)·c2(CO);
v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)
在体积为1 L的恒温恒容容器中充入1 mol CO和1 mol NO,反应达到平衡时,CO的转化率为60%,则= (保留2位有效数字)。
单元整体教学设计与阶段验收评价
一、主干知识——在微点判断中澄清
1.(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×
2.(1)× (2)× (3)× (4)×
3.(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√
4.(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
5.(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
6.(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√
7.(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√
二、综合思维——在知识融会中贯通
1.选B 升高温度,v正、v逆均增大,故A错误;根据v=kc2(NO2)可知,改变NO2浓度对反应速率有影响,而增大一氧化碳的浓度,对化学反应速率没有影响,化学反应速率不变,故B正确;该反应为气体分子总数不变的反应,反应达到平衡后,缩小体积,平衡不移动,故C错误;根据v=kc2(NO2)可知,该反应速率只受NO2的影响,故D错误。
2.选B 增大反应物浓度,增大了单位体积的活化分子数,加快反应速率,因此增大c(NO) 或c(H2)均可提高总反应的反应速率,故A正确;反应历程第一步反应慢说明第一步的活化能比第二步的活化能高,c(NO)、c(H2)增大相同的倍数,因v(第一步的正反应)3.选A 根据图示可知:在0~50 min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率都是100%,故A正确; 溶液酸性越强,即pH越小,线的斜率越大,可以知道R的降解速率越大,故B错误;根据影响化学反应速率的因素可知,R的起始浓度越小,降解速率越小,故C错误;pH=10时,在20~25 min,R的平均降解速率为=0.04×10-4 mol·L-1·min-1,D错误。
4.选B 单位时间内生成n mol Z的同时消耗2n mol Y,即正、逆反应速率相等,说明反应已达平衡,故①正确;Y的浓度不再改变,说明正、逆反应速率相等,反应已达平衡,故②正确;反应开始后Y与Z的物质的量之比始终为2∶1,所以Y与Z的物质的量之比为2∶1不能说明反应是否达到平衡,故③错误;任意时刻v正(Y)=2v正(Z),若2v正(Y)=v逆(Z),则v正(Z)≠v逆(Z),此时逆反应速率大于正反应速率,反应未达平衡,故④错误;该反应未平衡时m气不变,n气增大,平均相对分子质量减小,因此混合气体的平均相对分子质量不再改变说明反应已达平衡,故⑤正确;气体总质量不变,体积不变,容器内密度始终不变,因此容器内密度不再改变,不能说明反应已达平衡,故⑥错误。
5.选A 用不同物质的反应速率判断达到平衡,要求反应方向是相反的,且反应速率之比等于化学计量数之比,即2v正(H2)=3v逆(NH3),能说明反应达到平衡,故A正确;化学平衡常数只与温度有关,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向进行,平衡常数减小,即平衡常数K1>K2,故B错误;组分都是气体,混合气体总质量始终不变,该反应为气体物质的量减小的反应,因此混合气体的平均摩尔质量不变,说明反应达到平衡,故C错误;恒容密闭容器中充入惰性气体压强增大,速率不变,故D错误。
6.选D 正反应体积减小,温度不变时增大压强平衡正向进行,甲醇含量增大,所以p1>p2;升高温度甲醇的含量降低,说明温度升高平衡逆向进行,反应为放热反应,升高温度平衡常数减小,则K(C)>K(A)>K(B),故A正确。图Ⅰ中p2条件下,A和C两点A点的温度更高,升高温度速率加快,则反应速率:v逆(A)=v正(A)>v正(C),故B正确。恒温恒压时,若反应从开始到A点达平衡,甲醇的体积分数为25%,由三段式计算法可知,
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 2 6 0 0
转化/mol a 3a a a
平衡/mol 2-a 6-3a a a
则×100%=25%,a= mol,CO2的平衡转化率约为×100%≈66.7%,故C正确;降低温度,正、逆反应速率减小,反应为放热反应,平衡向正反应方向移动,甲醇的浓度增大,则新平衡点可能是图中a点,故D错误。
7.选D 反应自发与非自发进行不能仅由焓变决定,而是由焓变和熵变共同决定,A错误;ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,也可能需要加热,则需要加热的反应可能为自发进行的反应,B错误;ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,ΔH<0,ΔS>0的反应是自发进行的反应,若ΔH>0,ΔS>0,在低温下反应是非自发进行的反应,C错误;反应是否自发进行,由熵变、焓变、温度共同决定,非自发反应在改变条件下也可以发生,故反应是否自发,需要综合考虑反应焓变和熵变,D正确。
8.选A ΔH<0,ΔS>0,可满足ΔH-TΔS<0,反应在任何温度下都能正向自发进行,故A符合;ΔH>0,ΔS<0,ΔH-TΔS>0,反应在任何温度下都不能正向自发进行,故B不符合;ΔH<0,ΔS<0,温度较低时可满足ΔH-TΔS<0,反应在较低温度下能正向自发进行,故C不符合;ΔH>0,ΔS>0,温度较高时可满足ΔH-TΔS<0,反应在较高温度下能正向自发进行,故D不符合。
9.选A 在0 ℃、100 kPa条件下,白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算ΔG=ΔH-TΔS<0的问题,ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.6 J·mol-1·K-1)=-379.1 J·mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
10.选B 减小容器的容积,反应物浓度增大,反应速率加快,平衡逆向移动,乙烷平衡转化率减小,故A错误;升高反应的温度,反应速率加快,平衡正向移动,乙烷平衡转化率增大,故B正确;分离出部分氢气,平衡正向移动,乙烷平衡转化率增大,反应物浓度减小,反应速率减慢,故C错误;恒容下通入氦气,反应物、生成物浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,故D错误。
11.选D 使用催化剂可降低合成氨反应的活化能,能增加反应速率,从而提高单位时间内原料气的转化率,故A正确;反应中活化能最大的一步反应速率慢,为决速步骤;由于N2吸附分解的活化能最高,速率慢是决速步骤,适当提高原料气中N2的浓度,能增加反应速率,从而能加快合成氨的进行,故B正确;及时将产生的氨气液化分离,在催化剂表面空出更多的活性中心,有利于原料气被吸附在催化剂表面后进一步断键形成原子、氮和氢原子结合成氨分子,故能保持足够高的反应速率,故C正确;工业合成氨采用500 ℃左右,目的是提高合成氨的反应速率,此时催化剂活性最大、反应速率快,催化剂不能提高平衡产率,故D错误。
12.选C 由于该反应是气体体积减小的反应,增大压强可以使平衡正向移动,即增大甲醇的转化率,A正确。平衡之前,温度升高,反应速率增大,一氧化碳转化率增大,平衡之后,温度升高,平衡逆向移动,一氧化碳转化率减小,即b点还未平衡,反应正向进行,则此时正反应速率>逆反应速率,B正确。温度超过约83 ℃左右时,随着温度的升高,CO的转化率降低,则说明该反应是放热反应,对于放热反应而言,温度越高,平衡常数K越小,故K(75 ℃)>K(85 ℃);b点的温度比d点的低,故vb三、迁移应用——在课题活动中践行
探究目标(一)
1.提示:一般要从化学平衡和反应速率,主反应和副反应等考虑。具体因素可考虑温度条件、浓度条件、压强条件和催化剂活性条件等。
2.提示:压强增大是否有利于化学平衡正向移动,同时还要考虑高压对设备的要求及动力问题。
3.提示:温度对反应速率、反应平衡的影响是否有利于生产效率,同时要考虑催化剂的活性温度。
4.提示:合成甲醇反应的ΔH<0,520 K时,反应速率、催化剂活性最高,甲醇的产率最大;低于520 K时,反应慢,产率变小;高于520 K,反应正向程度小,产率变小。
探究目标(二)
1.(1)提示:250 ℃以前,随温度升高,催化剂活性增强,催化效率增大;250 ℃以后,随温度升高,催化剂活性急剧下降,催化效率减小。最佳温度可选250 ℃。
(2)提示:温度成为影响反应速率的决定因素,温度的影响大于催化剂,升温反应速率增大。
(3)提示:温度在250~300 ℃,催化剂的催化活性急剧降低,温度的影响小于催化剂,速率降低。
2.(1)提示:催化剂Y优于催化剂X。催化剂Y的积炭活化能高,难生成,消炭的活化能低,易消除。
(2)提示:对于催化剂Z,温度升高,均有利于积炭和消炭反应正向进行,但是消炭反应速率增加的倍数比积炭反应速率增加的倍数大。当高于600 ℃时升温更有利于消炭反应。
(3)提示:对于催化剂Q,p(CH4)一定时,提高p(CO2)有利于减慢积炭反应的发生。
[素养训练]
1.选D 一定温度下,在1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO和1 mol NO,反应2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)平衡时,测得c(N2)=0.2 mol·L-1,则可建立如下三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始量/(mol·L-1) 1.0 1.0 0 0
变化量/(mol·L-1) 0.4 0.4 0.2 0.4
平衡量/(mol·L-1) 0.6 0.6 0.2 0.4
K=≈0.25。升高温度,平衡一定发生移动,则正、逆反应速率不同,增大的倍数不同,A不正确;加入催化剂使正、逆反应速率均加快,则催化剂使正、逆反应活化能都减小,B不正确;若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,浓度商Q=≈0.43>0.25,则此时平衡逆向移动,v正v逆,D正确。
2.解析:(1)该反应的ΔH=(-566-180.5)kJ·mol-1=-746.5 kJ·mol-1;在室温25 ℃时,ΔG=ΔH-TΔS=-746.5 kJ·mol-1-298 K×(-197.5×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0,能自发进行;
(2)当正反应速率不变时反应达到平衡,A错误;当NO的质量分数不变时,可以判断达到平衡,B正确;该反应为放热反应,绝热恒容条件下,反应温度升高,平衡常数减小,当温度不变,K不变,C错误;该反应为放热反应,绝热恒容条件下,反应温度不变时,反应达到平衡,D正确;该反应的ΔH一直不变,不能判断反应达到平衡,E错误。
(3)由题意可列出三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始/mol 1 1 0 0
转化/mol 0.6 0.6 0.3 0.6
平衡/mol 0.4 0.4 0.3 0.6
==≈4.2。
答案:(1)-746.5 kJ·mol-1 能 (2)BD (3)4.2
12 / 12(共54张PPT)
单元整体教学设计与阶段验收评价
一、主干知识——在微点判断中澄清
二、综合思维——在知识融会中贯通
三、迁移应用——在课题活动中践行
目录
一、主干知识——在微点判断中澄清
1.判断下列有关化学反应速率叙述的正误
(1)对于反应H2+Cl2==2HCl，化学反应速率可表示为v=a mol·L-1·s-1( )
(2)化学反应速率为一段时间内的平均速率( )
(3)化学反应速率可以为负值，如逆反应速率( )
(4)化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增加来表示( )
(5)对于不同条件下的同一反应，同一反应物或生成物的物质的量的变化量大，反应就一定快( )
(6)在1 L的密闭容器中发生反应:A(s)+3B(g)==2C(g)+D(g)，在2 min内用B表示的反应速率逐渐减小，用D表示的反应速率逐渐增大( )
×
√
×
×
×
×
2.判断下列有关影响反应速率因素叙述的正误
(1)增加少量固体反应物的质量，化学反应速率增大( )
(2)恒容体系发生反应:2SO2+O2 2SO3 ΔH<0，升高温度，v正增大，v逆减小( )
(3)升高温度，吸热反应速率会加快而放热反应速率会减慢( )
(4)恒温恒容密闭容器中发生的全为气体的反应，若容器内总压强增大，则反应速率一定增大( )
×
×
×
×
3.判断下列有关活化能叙述的正误
(1)当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时才能发生化学反应( )
(2)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化( )
(3)活化能越高，反应越难发生，反应速率越慢( )
(4)增大压强，活化分子百分数增大，化学反应速率一定增大( )
(5)升高反应体系温度，活化分子百分数增大，化学反应速率一定增大( )
√
×
√
×
√
4.判断下列有关化学平衡移动叙述的正误
(1)化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变，但化学反应速率改变，化学平衡不一定发生移动( )
(2)反应达到平衡状态时，其他条件不变，分离出固体生成物，v正减慢( )
(3)对于反应:3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH<0，其他条件不变，增大Si3N4的物质的量，平衡向左移动( )
(4)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大( )
(5)对于反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0，降低温度，正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大( )
√
×
×
×
×
5.判断下列有关化学平衡常数叙述的正误
(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度( )
(2)温度升高，化学平衡常数一定增大( )
(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动( )
(4)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数( )
(5)化学方程式中化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数不会发生改变( )
×
×
×
×
×
6.判断下列有关化学反应方向叙述的正误
(1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程( )
(2)室温下冰变成水属于自发过程( )
(3)能自发进行的反应，反应速率一定很大( )
(4)O2转化变为O3时，熵减小( )
(5)熵增的反应一定能自发进行( )
(6)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程( )
√
×
√
√
×
√
7.判断下列有关化学反应调控叙述的正误
(1)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应，在任何温度下都可自发进行( )
(2)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率( )
(3)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应( )
(4)增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，可以提高氨的产率( )
(5)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保( )
(6)合成氨反应选择在400~500 ℃进行的重要原因是催化剂在500 ℃左右时的活性最大 ( )
×
×
×
√
×
√
二、综合思维——在知识融会中贯通
(一)化学反应速率
[综合训练]
√
1.(2025·武汉高二检测)对于反应“CO(g)+NO2(g) CO2(g)+NO(g)”，其速率方程为v=kc2(NO2)，k为速率常数，只与温度有关，则下列说法正确的是 ( )
A.升高温度，v正增大，v逆减小
B.增大CO的浓度，化学反应速率不变
C.反应达到平衡后，缩小体积，平衡正向移动
D.该反应速率由反应物共同影响
解析:升高温度，v正、v逆均增大，故A错误；根据v=kc2(NO2)可知，改变NO2浓度对反应速率有影响，而增大一氧化碳的浓度，对化学反应速率没有影响，化学反应速率不变，故B正确；该反应为气体分子总数不变的反应，反应达到平衡后，缩小体积，平衡不移动，故C错误；根据v=kc2(NO2)可知，该反应速率只受NO2的影响，故D错误。
√
2.(2025·吉林高二期末)已知反应2NO(g)+2H2(g)==N2(g)+2H2O(g)的速率方程为v=kc2(NO)·c(H2)(k为速率常数)，其反应历程如下:
①2NO+H2→N2+H2O2慢
②H2O2+H2→2H2O快
下列说法不正确的是( )
A.增大c(NO) 或c(H2)，均可提高总反应的反应速率
B.c(NO)、c(H2)增大相同的倍数，对总反应的反应速率的影响程度相同
C.该反应的快慢主要取决于反应①
D.升高温度，可提高反应①、②的速率
解析:增大反应物浓度，增大了单位体积的活化分子数，加快反应速率，因此增大c(NO) 或c(H2)均可提高总反应的反应速率，故A正确；反应历程第一步反应慢说明第一步的活化能比第二步的活化能高，c(NO)、c(H2)增大相同的倍数，因v(第一步的正反应)√
3.一定条件下，溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列判断正确的是 ( )
A.在0~50 min之间， pH=2和pH=7时R的降解百分率相等
B.溶液酸性越强，R的降解速率越小
C.R的起始浓度越小，降解速率越大
D.在20~25 min之间，pH=10时R的平均降解速率为0.04 mol·L-1·min-1
解析:根据图示可知:在0~50 min之间，pH=2和pH=7时R的降解百分率都是100%，故A正确； 溶液酸性越强，即pH越小，线的斜率越大，可以知道R的降解速率越大，故B错误；根据影响化学反应速率的因素可知，R的起始浓度越小，降解速率越小，故C错误；pH=10时，在20~25 min，R的平均降解速率为=0.04×10-4 mol·L-1·min-1，D错误。
(二)化学平衡
[综合训练]
√
4.(2025·十堰高二检测)在恒温恒容密闭容器中，投入一定量X，发生反应:2X(g) 2Y(g)+Z(g)，下列叙述中能说明该反应达到平衡状态的是 ( )
①单位时间内生成n mol Z的同时消耗2n mol Y
②Y的浓度不再改变 ③Y与Z的物质的量之比为2∶1
④2v正(Y)=v逆(Z) ⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变
⑥容器内密度不再改变
A.①②③ B.①②⑤
C.②③⑤ D.②④⑥
解析:单位时间内生成n mol Z的同时消耗2n mol Y，即正、逆反应速率相等，说明反应已达平衡，故①正确；Y的浓度不再改变，说明正、逆反应速率相等，反应已达平衡，故②正确；反应开始后Y与Z的物质的量之比始终为2∶1，所以Y与Z的物质的量之比为2∶1不能说明反应是否达到平衡，故③错误；任意时刻
v正(Y)=2v正(Z)，若2v正(Y)=v逆(Z)，则v正(Z)≠v逆(Z)，此时逆反应速率大于正反应速率，反应未达平衡，故④错误；该反应未平衡时m气不变，n气增大，平均相对分子质量减小，因此混合气体的平均相对分子质量不再改变说明反应已达平衡，故⑤正确；气体总质量不变，体积不变，容器内密度始终不变，因此容器内密度不再改变，不能说明反应已达平衡，故⑥错误。
√
5.在固定容积的密闭容器中，进行如下反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，其化学平衡常数K与温度的关系如表。下列说法正确的是 ( )
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)能说明反应已达平衡
B.平衡常数K1=K2
C.混合气体的平均摩尔质量不再改变不能说明反应已达平衡
D.压强增大，速率一定增大
温度/℃ 25 125 225 …
平衡常数 4.1×106 K1 K2 …
解析:用不同物质的反应速率判断达到平衡，要求反应方向是相反的，且反应速率之比等于化学计量数之比，即2v正(H2)=3v逆(NH3)，能说明反应达到平衡，故A正确；化学平衡常数只与温度有关，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向进行，平衡常数减小，即平衡常数K1>K2，故B错误；组分都是气体，混合气体总质量始终不变，该反应为气体物质的量减小的反应，因此混合气体的平均摩尔质量不变，说明反应达到平衡，故C错误；恒容密闭容器中充入惰性气体压强增大，速率不变，故D错误。
√
6.(2025·黄冈高二期末)向密闭容器中充入2 mol CO2和6 mol H2，发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH，测得反应在不同压强、不同温度下，平衡混合物中CH3OH体积分数如图Ⅰ所示，测得反应时逆反应速率与容器中c(CH3OH)关系如图Ⅱ所示。下列说法错误的是 ( )
A.压强:p1>p2，平衡常数:K(C)>K(A)>K(B)
B.图Ⅰ中p2条件下，A和C两点反应速率:v逆(A)>v正(C)
C.恒温恒压时，若反应从开始到A点达平衡，则CO2的平衡转化率约为66.7%
D.图Ⅱ中当x点平衡体系降温至某一温度时，反应可重新达平衡状态，新平衡点可能是c
解析:正反应体积减小，温度不变时增大压强平衡正向进行，甲醇含量增大，所以p1>p2；升高温度甲醇的含量降低，说明温度升高平衡逆向进行，反应为放热反应，升高温度平衡常数减小，则K(C)>K(A)>K(B)，故A正确。图Ⅰ中p2条件下，A和C两点A点的温度更高，升高温度速率加快，则反应速率:v逆(A)=v正(A)>
v正(C)，故B正确。恒温恒压时，若反应从开始到A点达平衡，甲醇的体积分数为25%，由三段式计算法可知，
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 2 6 0 0
转化/mol a 3a a a
平衡/mol 2-a 6-3a a a
则×100%=25%，a= mol，CO2的平衡转化率约为×100%≈66.7%，故C正确；降低温度，正、逆反应速率减小，反应为放热反应，平衡向正反应方向移动，甲醇的浓度增大，则新平衡点可能是图中a点，故D错误。
(三)化学反应的方向
[综合训练]
√
7.下列关于化学反应方向的说法正确的是 ( )
A.凡是放热的反应都是自发反应
B.凡是需要加热才发生的反应都是非自发反应
C.凡是熵增的反应都是自发反应
D.反应是否自发，需要综合考虑反应焓变和熵变
解析:反应自发与非自发进行不能仅由焓变决定，而是由焓变和熵变共同决定，A错误；ΔH-TΔS<0的反应可自发进行，也可能需要加热，则需要加热的反应可能为自发进行的反应，B错误；ΔH-TΔS<0的反应可自发进行，ΔH<0，ΔS>0的反应是自发进行的反应，若ΔH>0，ΔS>0，在低温下反应是非自发进行的反应，C错误；反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定，非自发反应在改变条件下也可以发生，故反应是否自发，需要综合考虑反应焓变和熵变，D正确。
√
8.下列反应既是氧化还原反应且在任何温度下都能正向自发进行的是 ( )
A.2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g) ΔH<0
B.2CO(g)==2C(s，石墨)+O2(g) ΔH>0
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s) ΔH<0
D.CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g) ΔH>0
解析:ΔH<0，ΔS>0，可满足ΔH-TΔS<0，反应在任何温度下都能正向自发进行，故A符合；ΔH>0，ΔS<0，ΔH-TΔS>0，反应在任何温度下都不能正向自发进行，故B不符合；ΔH<0，ΔS<0，温度较低时可满足ΔH-TΔS<0，反应在较低温度下能正向自发进行，故C不符合；ΔH>0，ΔS>0，温度较高时可满足ΔH-TΔS<0，反应在较高温度下能正向自发进行，故D不符合。
√
9.(2025·咸阳高二检测)已知:在25 ℃、100 kPa下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1，ΔS=-6.6 J·mol-1·K-1。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内，它会不会变成灰锡而不能再继续使用 ( )
A.会变成灰锡
B.只有继续升高温度才会变成灰锡
C.只有继续降低温度才会变成灰锡
D.无法确定
解析:在0 ℃、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算ΔG=ΔH-TΔS<0的问题，ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.6 J·mol-1·K-1)=-379.1 J·mol-1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。
(四)化学反应的调控
[综合训练]
√
10.(2025·江门高二检测)在一定条件下的密闭容器中发生反应C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH>0，当达到平衡时，下列各项措施中，既能提高反应速率又能提高乙烷平衡转化率的是 ( )
A.减小容器的容积 B.升高反应的温度
C.分离出部分氢气 D.恒容下通入氦气
解析:减小容器的容积，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡逆向移动，乙烷平衡转化率减小，故A错误；升高反应的温度，反应速率加快，平衡正向移动，乙烷平衡转化率增大，故B正确；分离出部分氢气，平衡正向移动，乙烷平衡转化率增大，反应物浓度减小，反应速率减慢，故C错误；恒容下通入氦气，反应物、生成物浓度不变，反应速率不变，平衡不移动，故D错误。
√
11.(2025·南通高二阶段检测)合成氨是人工固氮的主要途径，工业生产采用Haber Bosch法，反应条件严苛，能源消耗大。制取氢气原料的途径之一为CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。研究N2和H2的反应机理，有利于开发新的氨气合成技术。2007年度诺贝尔化学奖获得者格哈德埃特尔，确认了合成氨反应机理。合成氨的催化历程如图所示( 、 、 、 分别表示N2、H2、NH3和固体催化剂)。下列说法不正确的是( )
A.使用催化剂可降低合成氨反应的活化能，从而提高单位时间内原料气的转化率
B.由于N2吸附分解的活化能最高，因此适当提高原料气中氮气的比例能加快合成氨的进行
C.及时将产生的氨气液化分离，在催化剂表面空出更多的活性中心，能保持足够高的反应速率
D.工业合成氨采用500 ℃左右的高温，目的是提高合成氨的平衡产率
解析:使用催化剂可降低合成氨反应的活化能，能增加反应速率，从而提高单位时间内原料气的转化率，故A正确；反应中活化能最大的一步反应速率慢，为决速步骤；由于N2吸附分解的活化能最高，速率慢是决速步骤，适当提高原料气中N2的浓度，能增加反应速率，从而能加快合成氨的进行，故B正确；及时将产生的氨气液化分离，在催化剂表面空出更多的活性中心，有利于原料气被吸附在催化剂表面后进一步断键形成原子、氮和氢原子结合成氨分子，故能保持足够高的反应速率，故C正确；工业合成氨采用500 ℃左右，目的是提高合成氨的反应速率，此时催化剂活性最大、反应速率快，催化剂不能提高平衡产率，故D错误。
√
12.工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3):CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g)，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量的CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.增大压强，甲醇转化率增大
B.b点反应速率:v正>v逆
C.平衡常数:K(75 ℃)D.生产时反应温度控制在80~85 ℃为宜
解析:由于该反应是气体体积减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，即增大甲醇的转化率，A正确。平衡之前，温度升高，反应速率增大，一氧化碳转化率增大，平衡之后，温度升高，平衡逆向移动，一氧化碳转化率减小，即b点还未平衡，反应正向进行，则此时正反应速率>逆反应速率，B正确。温度超过约83 ℃左右时，随着温度的升高，CO的转化率降低，则说明该反应是放热反应，对于放热反应而言，温度越高，平衡常数K越小，故K(75 ℃)>K(85 ℃)；b点的温度比d点的低，故vb三、迁移应用——在课题活动中践行
课题活动 含碳化合物再利用，助力“碳达峰、碳中和”
气候变化是人类面临的全球性问题。随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国由此提出碳达峰和碳中和的目标。作为有影响力的大国，我国承诺在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。所谓碳达峰即是以二氧化碳为衡量标准的温室气体排放达到历史最高值，而后开始陆续下降。碳中和即是排放的温室气体通过植树造林等方式相互抵消，实现某种意义上的零排放。
探究目标(一) 利用CO2合成甲醇的优化研究
研究发现，以二氧化碳和氢气为原料合成甲醇时，通常还伴随着以下副反应:
CO2(g)+H2(g)==CO(g)+H2O(g)
298 K时，该反应的焓变为+41.17 kJ·mol-1，熵变为+42.08 J·mol-1·K-1。
资料1 反应物的物质的量之比对反应的影响[不同n(H2)∶n(CO2)对反应的影响]
n(H2)∶n(CO2) 2∶1 3∶1 5∶1 7∶1
α(CO2)/% 11.63 13.68 15.93 18.71
φ(CH3OH)/% 3.04 4.12 5.26 6.93
注:①α为转化率，φ为产率，反应条件为温度553 K、总压2 MPa，催化剂为CuO ZnO Al2O3。
②在等温条件下，气体的总压不变，各气体的物质的量比值不变，则各气体的浓度就不变。
资料2 压强与温度对甲醇产率的影响
523 K，n(H2)∶n(CO2)=3∶1， 催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维 总压5 MPa，n(H2)∶n(CO2)=3∶1，
催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维
资料3 催化剂的组成对反应的影响(催化剂组成的改变对甲醇产率和选择性的影响)
组成 Al2O3/CuO/ZnO ZrO2/CuO/ZnO ZrO2/MnO/CuO/ZnO ZrO2/MnO/CuO/ZnO
CuO/(w%) 65.8 62.4 65.8 65.8
ZnO/(w%) 26.3 25.0 26.6 26.6
Al2O3/(w%) 7.9 0 0 0
ZrO2/(w%) 0 12.6 3.6 5.6
MnO/(w%) 0 0 4 2
φ(CH3OH)/ [g·(kg 催化剂)-1·h-1] 78 96 88 138
选择性/% 40 88 100 91
注:①反应条件为n(H2)∶n(CO2)=3∶1，温度553 K，总压4 MPa。
②w%:质量分数。
③选择性:生成甲醇的二氧化碳在全部二氧化碳反应物中所占的比例。
④甲醇产率单位[g·(kg 催化剂)-1·h-1]:单位质量催化剂在单位时间内所获得的产物量；该产率多称为时空收率，常用于评价催化剂活性。
1.根据上述素材，在选择适宜的反应条件时，一般要考虑哪些方面 具体考虑哪些外界因素
提示:一般要从化学平衡和反应速率，主反应和副反应等考虑。具体因素可考虑温度条件、浓度条件、压强条件和催化剂活性条件等。
2.对于压强条件的选择，应考虑哪些因素
提示:压强增大是否有利于化学平衡正向移动，同时还要考虑高压对设备的要求及动力问题。
3.对于温度条件的选择，应考虑哪些因素
提示:温度对反应速率、反应平衡的影响是否有利于生产效率，同时要考虑催化剂的活性温度。
4.根据资料2数据分析，温度520 K左右甲醇的产率最高，为什么
提示:合成甲醇反应的ΔH<0，520 K时，反应速率、催化剂活性最高，甲醇的产率最大；低于520 K时，反应慢，产率变小；高于520 K，反应正向程度小，产率变小。
探究目标(二) CO2的再利用与化学图像的有机结合
1.催化剂的活性与温度的关系
不同的催化剂选择性不同，受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。
以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。
(1)从图像分析，催化剂的催化效率与温度有什么关系 要保证催化效率最佳，如何选择温度
提示:250 ℃以前，随温度升高，催化剂活性增强，催化效率增大；250 ℃以后，随温度升高，催化剂活性急剧下降，催化效率减小。最佳温度可选250 ℃。
(2)300 ℃以后乙酸的生成速率又增大的原因可能是什么
提示:温度成为影响反应速率的决定因素，温度的影响大于催化剂，升温反应速率增大。
(3)250~300 ℃时，乙酸生成速率降低的原因可能是什么
提示:温度在250~300 ℃，催化剂的催化活性急剧降低，温度的影响小于催化剂，速率降低。
2.催化剂对积炭和消炭的影响
资料1 CO2 CH4重整反应中相关数据如下表所示。
积炭反应 CH4(g)==C(s)+2H2(g) 消炭反应
CO2(g)+C(s)==2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1) +75 +172
活化能/ (kJ·mol-1) 催化剂X 33 91
催化剂Y 43 72
资料2 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，催化剂Z表面的积炭量随温度的变化关系如图所示。
资料3 在一定温度下，测得某催化剂Q上沉积炭的生成速率方程为v=k·p(CH4)·p-0.5(CO2)(k为速率常数)。
(1)比较催化剂X、Y的优劣并说明理由。
提示:催化剂Y优于催化剂X。催化剂Y的积炭活化能高，难生成，消炭的活化能低，易消除。
(2)分析催化剂Z的使用温度选择要求是什么
提示:对于催化剂Z，温度升高，均有利于积炭和消炭反应正向进行，但是消炭反应速率增加的倍数比积炭反应速率增加的倍数大。当高于600 ℃时升温更有利于消炭反应。
(3)p(CH4)一定时，判断催化剂Q适宜的操作条件。
提示:对于催化剂Q，p(CH4)一定时，提高p(CO2)有利于减慢积炭反应的发生。
[素养训练]
√
1.(2024年1月·江西高考适应性演练)我国科学家成功利用CO还原NO，从源头上减少煤粉燃烧产生的大气污染。一定温度下，在1 L的恒容密闭容器中，充入1 mol CO和1 mol NO，反应2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)平衡时，测得c(N2)=0.2 mol·L-1，下列说法正确的是 ( )
A.升高温度，正、逆反应速率以相同倍数增大
B.加入催化剂使正反应速率加快，逆反应活化能增大
C.若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2，则此时v正>v逆
D.若往容器中再通入2 mol CO和1 mol N2，则此时v正>v逆
解析:一定温度下，在1 L的恒容密闭容器中，充入1 mol CO和1 mol NO，反应2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)平衡时，测得c(N2)=0.2 mol·L-1，则可建立如下三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始量/(mol·L-1) 1.0 1.0 0 0
变化量/(mol·L-1) 0.4 0.4 0.2 0.4
平衡量/(mol·L-1) 0.6 0.6 0.2 0.4
K=≈0.25。升高温度，平衡一定发生移动，则正、逆反应速率不同，增大的倍数不同，A不正确；加入催化剂使正、逆反应速率均加快，则催化剂使正、逆反应活化能都减小，B不正确；若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2，浓度商Q=≈0.43>0.25，则此时平衡逆向移动，v正v逆，D正确。
2.化石燃料的燃烧与汽车尾气产生的碳氧化物和氮氧化物都是常见的大气污染物，废气处理对于环境保护至关重要。
为了净化汽车尾气，目前工业上采用CO与NO在催化剂的作用下反应转化为无害气体，反应为2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
(1)已知:2CO(g)+O2(g)==2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)==2NO(g) ΔH=+180.5 kJ·mol-1
计算反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)的ΔH= ；若该反应的熵变为-197.5 J·mol-1·K-1，则该反应在室温(25 ℃)时 (填“能”或“不能”)自发进行。
-746.5 kJ·mol-1
能
解析:该反应的ΔH=(-566-180.5)kJ·mol-1=-746.5 kJ·mol-1；在室温25 ℃时，ΔG=ΔH-TΔS=-746.5 kJ·mol-1-298 K×(-197.5×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0，能自发进行；
2.化石燃料的燃烧与汽车尾气产生的碳氧化物和氮氧化物都是常见的大气污染物，废气处理对于环境保护至关重要。
为了净化汽车尾气，目前工业上采用CO与NO在催化剂的作用下反应转化为无害气体，反应为2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
(2)若一定量的CO与NO在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻时达到平衡状态的是 。(填标号)
BD
解析:当正反应速率不变时反应达到平衡，A错误；当NO的质量分数不变时，可以判断达到平衡，B正确；该反应为放热反应，绝热恒容条件下，反应温度升高，平衡常数减小，当温度不变，K不变，C错误；该反应为放热反应，绝热恒容条件下，反应温度不变时，反应达到平衡，D正确；该反应的ΔH一直不变，不能判断反应达到平衡，E错误。
2.化石燃料的燃烧与汽车尾气产生的碳氧化物和氮氧化物都是常见的大气污染物，废气处理对于环境保护至关重要。
为了净化汽车尾气，目前工业上采用CO与NO在催化剂的作用下反应转化为无害气体，反应为2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
(3)已知2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)的反应速率满足:
v正=k正·c2(NO)·c2(CO)；
v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)
在体积为1 L的恒温恒容容器中充入1 mol CO和1 mol NO，反应达到平衡时，CO的转化率为60%，则= (保留2位有效数字)。
4.2
解析:由题意可列出三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始/mol 1 1 0 0
转化/mol 0.6 0.6 0.3 0.6
平衡/mol 0.4 0.4 0.3 0.6
==≈4.2。
