認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的重要作用。
類型一 轉(zhuǎn)化率—投料比圖像
【典題示例】
典例[2023·湖南卷，13]向一恒容密閉容器中加入1 ml CH4和一定量的H2O，發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋H2O(g)?CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡轉(zhuǎn)化率按不同投料比x(x＝nCH4nH2O)隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A．x1813>1733，所以隨溫度升高丙烯的選擇性降低；反應(yīng)ⅰ為放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)ⅰ的化學(xué)平衡逆向移動，也會導(dǎo)致丙烯的選擇性下降；
(2)①據(jù)題圖可知，溫度控制在650 ℃，丙烯選擇性高，且此時溫度較高，反應(yīng)速率快，而且該溫度條件下平衡常數(shù)較大；
②平衡混合氣體中有 2 ml CH4，則根據(jù)反應(yīng)ⅲ可知平衡時該反應(yīng)消耗的n1(C3H8)＝2 ml；設(shè)平衡時C3H6的物質(zhì)的量為x，根據(jù)反應(yīng)ⅱ可知平衡時n(H2)＝x，反應(yīng)ⅱ消耗的n2(C3H8)＝x，則平衡時容器中n(C3H8)＝(8－2－x) ml，據(jù)圖可知該溫度下反應(yīng)ⅱ的lg1K＝0，所以K＝1，容器體積為1 L，則有x×x8-2-x＝1，解得x＝2 ml，C3H6的選擇性＝C3H6的物質(zhì)的量消耗C3H8的物質(zhì)的量×100%＝2 ml2 ml+2 ml×100%＝50%；
③恒壓條件下向原料氣中摻雜水蒸氣，則反應(yīng)物和生成物的分壓減小，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡正向移動，可以提高丙烯的產(chǎn)率，故a正確；氫氣為產(chǎn)物，增大氫氣的量會使平衡逆向移動，丙烯的產(chǎn)率降低，故b錯誤；選擇對脫氫反應(yīng)更好選擇性的催化劑，增大丙烯的選擇性，提高產(chǎn)率，故c正確；該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)會使平衡逆向移動，降低產(chǎn)率，故d錯誤。綜上所述選ac。
答案：(1)降低 升高溫度，反應(yīng)ⅰ的化學(xué)平衡逆向移動
(2)①溫度控制在650 ℃ ，丙烯選擇性高，反應(yīng)速率快，平衡常數(shù)較大 ②50 ③ac
類型三
典題示例
典例1 解析：由反應(yīng)歷程可知，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫，反應(yīng)正向進(jìn)行，提高了平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)速率也加快，a符合題意；由化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)為正向體積增大的反應(yīng)，加壓，反應(yīng)逆向進(jìn)行，降低了平衡轉(zhuǎn)化率，b不符合題意；加入催化劑，平衡不移動，不能提高平衡轉(zhuǎn)化率，c不符合題意。
答案：a
典例2 解析：R值提高是由于催化劑X選擇性地提高反應(yīng)Ⅱ的速率，使單位時間內(nèi)反應(yīng)Ⅱ中CO2的轉(zhuǎn)化率增大，Δn(CO2)增大的倍數(shù)比Δn(CH4)大，則R提高，選項(xiàng)A正確；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，溫度越低，CH4轉(zhuǎn)化率越小，而R越大，Δn(CO2)增大的倍數(shù)比Δn(CH4)大，含氫產(chǎn)物中H2O占比越高，選項(xiàng)B正確；溫度升高，CH4轉(zhuǎn)化率增加，CO2轉(zhuǎn)化率也增大，且兩個反應(yīng)中的CO2轉(zhuǎn)化率均增大，增大倍數(shù)多，故R值增大，選項(xiàng)C不正確；改變催化劑使反應(yīng)有選擇性按反應(yīng)Ⅰ進(jìn)行而提高CH4轉(zhuǎn)化率，若CO2轉(zhuǎn)化率減小，則R值不一定增大，選項(xiàng)D正確。
答案：C
對點(diǎn)演練
1．解析：(2)①根據(jù)題圖，575 ℃時，C3H8的轉(zhuǎn)化率為33%，C3H6的產(chǎn)率為17%，假設(shè)參加反應(yīng)的C3H8為100 ml，生成的C3H6為17 ml，C3H6的選擇性＝1733×100%≈51.5%。②根據(jù)圖像，535 ℃時，C3H6的選擇性＝46×100%≈66.7%，550 ℃時，C3H6的選擇性＝813×100%≈61.5%，575 ℃時，C3H6的選擇性＝1733×100%≈51.5%，故選擇相對較低的溫度能夠提高C3H6選擇性。
答案：(1)氨氮物質(zhì)的量之比為1，溫度為400 ℃ 在400 ℃時催化劑的活性最好，催化效率最高，同時400 ℃溫度較高，反應(yīng)速率較快
(2)①51.5% ②選擇相對較低的溫度
2．答案：(1)a
(2)①6NO＋3O2＋2C2H4 eq \(,\s\up7(催化劑)) 3N2＋4CO2＋4H2O
②350 ℃、負(fù)載率3.0%
反應(yīng)溫度
n(消耗)或n(生成)/ml
535
550
575
C3H8
6
13
33
C3H6
4
8
17
溫度/℃
480
500
520
550
CH4轉(zhuǎn)化率/%
7.9
11.5
20.2
34.8
R
2.6
2.4
2.1
1.8

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