(二)化學(xué)反應(yīng)速率、平衡陌生圖像讀圖特訓(xùn)1．二甲醚也是清潔能源，用合成氣在催化劑存在下制備二甲醚的反應(yīng)原理為2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定條件下，該反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度、投料比的變化曲線如圖所示。 (1)a、b、c按從大到小的順序排序?yàn)開(kāi)_______。(2)對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp)，則該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式Kp＝________。 答案　(1)a>b>c　(2)解析　(1)反應(yīng)2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，增大H2的濃度，平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，即投料比增大，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故a＞b＞c。2．若在絕熱恒容密閉容器中通入一定量的SO2和O2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，一段時(shí)間內(nèi)，正反應(yīng)速率隨時(shí)間變化曲線如下圖所示，則在a點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)________(填“達(dá)到”或“未達(dá)到”)平衡狀態(tài)；t1～t3時(shí)間內(nèi)，v正先增大后減小的主要原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　未達(dá)到　t1～t2時(shí)間內(nèi)，v正增大的主要原因是反應(yīng)放熱導(dǎo)致容器內(nèi)溫度升高；t2～t3時(shí)間內(nèi)，v正減小的主要原因是反應(yīng)物濃度減小解析　化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是各物質(zhì)的濃度不再改變，其實(shí)質(zhì)是正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的正反應(yīng)速率顯然還在改變，故一定未達(dá)平衡；t1～t2時(shí)間內(nèi)，v正增大的主要原因是反應(yīng)放熱導(dǎo)致容器內(nèi)溫度升高；t1～t3時(shí)間內(nèi)，v正減小的主要原因是反應(yīng)物濃度減小導(dǎo)致反應(yīng)速率降低。3．下圖是當(dāng)反應(yīng)器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料后，在200 ℃、400 ℃、600 ℃，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，混合物中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨總壓強(qiáng)的變化曲線。(1)曲線a、b對(duì)應(yīng)溫度較高的是________(填“a”或“b”)(2)實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)合成氨，一定溫度和壓強(qiáng)下在1 L密閉容器中通入5 mol N2、15 mol H2,10 min 后達(dá)到M點(diǎn)平衡狀態(tài)，計(jì)算從反應(yīng)開(kāi)始至平衡時(shí)間段內(nèi)的平均速率v(N2)＝________mol·L－1·min－1。(3)關(guān)于工業(yè)合成氨的反應(yīng)，下列敘述正確的是________(填字母)。A．分離出NH3后的原料氣循環(huán)利用，可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率B．使用催化劑能加快反應(yīng)速率且提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率C．上圖中M、Q、R點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K(M)＝K(Q)>K(R)答案　(1)b　(2)0.375　(3)AC解析　(1)合成氨正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，故曲線a、b對(duì)應(yīng)溫度較高的是b。(2)M點(diǎn)NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為60%；　　　　　　      N2(g)＋ 3H2(g)2NH3(g) 起始物質(zhì)的量濃度/mol·L－1　         5　　　　15　　　0變化物質(zhì)的量濃度/mol·L－1　         n　　　　3n　　　2n平衡物質(zhì)的量濃度/mol·L－1　        5－n　　15－3n　　2nNH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為60%＝×100%，解得：n＝，則從反應(yīng)開(kāi)始至平衡時(shí)間段內(nèi)的平均速率v(N2)＝＝0.375 mol·L－1·min－1。(3)及時(shí)分離出NH3，并循環(huán)利用原料氣，可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，故A正確；使用催化劑能加快反應(yīng)速率，但不影響平衡的移動(dòng)，對(duì)H2的轉(zhuǎn)化率無(wú)影響，故B錯(cuò)誤；平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，與其他條件無(wú)關(guān)，溫度相同時(shí)平衡常數(shù)相同，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，則M、Q、R點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K(M)＝K(Q)>K(R)，故C正確；答案為AC。4．在催化劑作用下合成氣合成甲烷過(guò)程中會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：Ⅰ.CO(g)＋3H2(g)=== CH4(g)＋H2O(g)ΔH1＝ －206 kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) === CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝ －41 kJ·mol－1Ⅲ.2CO(g)＋2H2(g)===CH4(g)＋CO2(g)ΔH 3＝ －247.4 kJ·mol－1(1)圖1是太原理工大學(xué)煤化工研究所利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)分析得到溫度對(duì)反應(yīng)Ⅰln K(化學(xué)平衡常數(shù)K的自然對(duì)數(shù))的曲線圖，請(qǐng)分析出現(xiàn)這樣趨勢(shì)的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)提高甲烷反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是________________________，根據(jù)相關(guān)知識(shí)和圖2分析合成甲烷適宜的反應(yīng)條件是在550～630 K、1 MPa的原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)在其他條件不變時(shí)，溫度升高反應(yīng)Ⅰ向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)使ln K減小　(2)催化劑　此條件下反應(yīng)速率較快而且甲烷產(chǎn)率較高解析　(1)CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g)　ΔH1＝ －206 kJ·mol－1此反應(yīng)正方向是放熱反應(yīng)，在其他條件不變的情況下，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，ln K 也減小。(2)催化劑只改變反應(yīng)速率，不影響平衡的移動(dòng)，是提高甲烷反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素，根據(jù)相關(guān)知識(shí)和圖2分析在550～630 K和1 MPa的條件下反應(yīng)速率較快而且甲烷產(chǎn)率較高，是合成甲烷適宜的反應(yīng)條件。 5．SNCR－SCR是一種新型的煙氣脫硝技術(shù)(除去煙氣中的NOx)，其流程如下：已知該方法中主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 646 kJ·mol－1，如圖所示，反應(yīng)溫度會(huì)直接影響SNCR技術(shù)的脫硝效率。(1)SNCR技術(shù)脫硝的最佳溫度選擇925 ℃的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)SNCR與SCR技術(shù)相比，SNCR技術(shù)的反應(yīng)溫度較高，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；但當(dāng)煙氣溫度高于1 000 ℃時(shí)，SNCR脫硝效率明顯降低，其原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)925 ℃時(shí)脫硝效率高，殘留氨濃度較小　(2)反應(yīng)的活化能較大，沒(méi)有使用催化劑　因?yàn)槊撓踔饕磻?yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高，使脫硝主要反應(yīng)的平衡逆向移動(dòng)(或生成的N2與O2反應(yīng)生成NO等其他合理答案)解析　(1)SNCR技術(shù)脫硝的最佳溫度選擇925 ℃的理由是925 ℃時(shí)脫硝效率高，殘留氨濃度較小。(2)SNCR與SCR技術(shù)相比，SNCR技術(shù)的反應(yīng)溫度較高，其原因是反應(yīng)的活化能較大，沒(méi)有使用催化劑降低其活化能；但當(dāng)煙氣溫度高于1 000 ℃時(shí)，SNCR脫硝效率明顯降低，其原因可能是因?yàn)槊撓踔饕磻?yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高，使脫硝主要反應(yīng)的平衡逆向移動(dòng)(或生成的N2與O2反應(yīng)生成NO等) 。6．甲醇(CH3OH)作為一種清潔能源開(kāi)始走進(jìn)人們的生活。某實(shí)驗(yàn)小組向一10 L的恒容密閉容器中通入1 mol CO和3 mol H2，發(fā)生反應(yīng)：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0，測(cè)得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。溫度T1、T2、T3由小到大的順序?yàn)開(kāi)_______________，a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的混合氣體的平均摩爾質(zhì)量M(a)、M(b)、M(c)由大到小的順序?yàn)開(kāi)_______________。答案　T1<T2<T3　M(a)>M(b)>M(c)解析　該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，則T1<T2<T3；CO的轉(zhuǎn)化率越大，n越小，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量越大，則M(a)＞M(b)＞M(c)。7．一定條件下，CO和H2合成CH3OH：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。在體積一定的密閉容器中按物質(zhì)的量之比1∶2充入CO和H2，測(cè)得平衡混合物中CH3OH的體積分?jǐn)?shù)在不同壓強(qiáng)下隨溫度的變化如圖所示。(1)A、B、C三點(diǎn)平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系是________________；壓強(qiáng)：p1________(填“＞”“＜”或“＝”，下同)p2；逆反應(yīng)速率：v逆(A)________v逆(B)。(2)在C點(diǎn)，CO的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______；在C點(diǎn)，若再按物質(zhì)的量之比1∶2充入一定量的CO和H2，當(dāng)其他條件不變，達(dá)到新的平衡時(shí)，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)________(填“增大”“減小”或“不變”)。答案　(1)KA＞KB＝KC　＞　＜　(2)75%　增大解析　(1)影響平衡常數(shù)的外界因素為溫度。分析圖像知B、C兩點(diǎn)溫度相同，故KB＝KC；當(dāng)其他條件不變時(shí)，升高溫度，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，平衡逆向移動(dòng)，因此升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，則反應(yīng)：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)為放熱反應(yīng)，KA>KB，故A、B、C三點(diǎn)平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系是KA>KB＝KC；反應(yīng)：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)正向?yàn)闅怏w物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)增大；分析圖像知壓強(qiáng)：p1>p2；溫度越高，反應(yīng)速率越快；壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快，溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響比壓強(qiáng)顯著，故逆反應(yīng)速率：v逆(A)<v逆(B)。(2)分析圖像知C點(diǎn)甲醇的體積分?jǐn)?shù)為50%，根據(jù)題意設(shè)起始加入CO、H2的物質(zhì)的量分別為1 mol、2 mol，轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為x mol，利用三段式分析。　　　　CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)起始/mol  1     2         0轉(zhuǎn)化/mol  x     2x        x平衡/mol  1－x  2－2x     x則有x/(3－2x)×100%＝50%，解得x＝0.75 mol，則CO的轉(zhuǎn)化率為0.75 mol/1 mol×100%＝75%；在C點(diǎn)，若再按物質(zhì)的量之比1∶2充入一定量的CO和H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，達(dá)到新的平衡時(shí)，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)增大。

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